MOS管-詳解電源MOS管高溫?zé)龎牡目赡苄栽?KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-07-25
做電源設(shè)計(jì)，或者做驅(qū)動(dòng)方面的電路，難免要用到場效應(yīng)管，也就是人們常說的MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅(qū)動(dòng)的使用，當(dāng)然就是用它的開關(guān)作用。無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質(zhì)是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會(huì)發(fā)生像三極管做開關(guān)時(shí)的因基極電流引起的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，因此在開關(guān)應(yīng)用中， MOS管的開關(guān)速度應(yīng)該比三極管快。其主要原理如圖：
我們在開關(guān)電源中常用MOS管的漏極開路電路，如圖下圖漏極原封不動(dòng)地接負(fù)載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負(fù)載接多高的電壓，都能夠接通和關(guān)斷負(fù)載電流。是理想的模擬開關(guān)器件。這就是MOS管做開關(guān)器件的原理。當(dāng)然MOS管做開關(guān)使用的電路形式比較多了。
在開關(guān)電源應(yīng)用方面，這種應(yīng)用需要MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉(zhuǎn)換器依賴兩個(gè)MOS管來執(zhí)行開關(guān)功能，這些開關(guān)交替在電感里存儲(chǔ)能量，然后把能量釋放給負(fù)載。我們常選擇數(shù)百kHz乃至1 MHz以上的頻率，因?yàn)轭l率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體。因此，我們電路或者電源設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導(dǎo)損耗。
我們經(jīng)常看MOS管的ＰＤＦ參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON） 參數(shù)來定義導(dǎo)通阻抗，對開關(guān)應(yīng)用來說，RDS（ON） 也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊定義RDS（ON） 與柵極 （或驅(qū)動(dòng)） 電壓 VGS 以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅(qū)動(dòng)RDS（ON） 是一個(gè)相對靜態(tài)參數(shù)。一直處于導(dǎo)通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結(jié)溫也會(huì)導(dǎo)致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導(dǎo)體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。
1.發(fā)熱情況有，電路設(shè)計(jì)的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。
2，頻率太高，主要是有時(shí)過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了
3，沒有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。
4，MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大這是我最近在處理MOS管發(fā)熱問題時(shí)簡單總結(jié)的。其實(shí)這些問題也是老生常談的問題，做開關(guān)電源或者M(jìn)OS管開關(guān)驅(qū)動(dòng)這些知識(shí)應(yīng)該是爛熟于心，當(dāng)然有時(shí)還有其他方面的因素，主要就是以上幾種原因。
總結(jié)一：電源MOS管高溫發(fā)熱燒壞原因小結(jié)
1、電路設(shè)計(jì)的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤；（本次產(chǎn)品測試問題點(diǎn)雖然不是出在電路設(shè)計(jì)上，但BOM做錯(cuò)比設(shè)計(jì)錯(cuò)誤往往更難分析）
2、頻率太高，主要是有時(shí)過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了；
3、沒有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片；
4、MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。
總結(jié)二：MOS管工作狀態(tài)分析
MOS管工作狀態(tài)有四種，開通過程、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程，截止?fàn)顟B(tài)；MOS管主要損耗：開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗，截止損耗，還有雪崩能量損耗，開關(guān)損耗往往大于后者；MOS管主要損壞原因：過流（持續(xù)大電流或瞬間超大電流），過壓（D-S，G-S被擊穿），靜電（個(gè)人認(rèn)為可屬于過壓）；
總結(jié)三：MOS管工作過程分析
MOS管工作過程非常復(fù)雜，里面變量很多，總之開關(guān)慢不容易導(dǎo)致米勒震蕩（介紹米勒電容，米勒效應(yīng)等，很詳細(xì)），但開關(guān)損耗會(huì)加大，發(fā)熱大；開關(guān)的速度快，損耗會(huì)減低，但是米勒震蕩很厲害，反而會(huì)使損耗增加。驅(qū)動(dòng)電路布線和主回路布線要求很高，最終就是尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，一般開通過程不超過1us；
總結(jié)四：MOS管的重要參數(shù)及選型
Qgs：柵極從0V充電到對應(yīng)電流米勒平臺(tái)時(shí)總充入電荷，這個(gè)時(shí)候給Cgs充電（相當(dāng)于Ciss，輸入電容）；
Qgd：整個(gè)米勒平臺(tái)的總充電電荷（不一定比Qgs大，僅指米勒平臺(tái)）；
Qg：總的充電電荷，包含Qgs，Qgd，以及之外的其它；
上述三個(gè)參數(shù)的單位是nc（納庫），一般為幾nc到幾十nc；Rds（on）：導(dǎo)通內(nèi)阻，這個(gè)耐壓一定情況下，越小損耗；總的選型規(guī)則：Qgs、Qgd、Qg較小，Rds（on）也較小的管.
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