转：为什么MOS管会发热严重？

只看该作者 · 2013-1-31 23:14

最近，解决不少关于MOS做开关驱动方面的一些问题，忽然觉得有必要总结一下MOS管发热方面的问题。
   做电源设计，或者做驱动方面的电路，难免要用到场效应管，也就是人们常说的MOS管。MOS管有很多种类，也有很多作用。做电源或者驱动的使用，当然就是用它的开关作用。
无论N型或者P型MOS管，其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应，因此在开关应用中， MOS管的开关速度应该比三极管快。其主要原理如图：图1。

图1 MOS管的工作原理
   我们在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路，如图2漏极原封不动地接负载，叫开路漏极，开路漏极电路中不管负载接多高的电压，都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。

图2 NMOS管的开路漏极电路
      在开关电源应用方面，这种应用需要MOS管定期导通和关断。比如，DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能，这些开关交替在电感里存储能量，然后把能量释放给负载。我们常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元件可以更小更轻。在正常工作期间，MOS管只相当于一个导体。因此，我们电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。
   我们经常看MOS管的ＰＤＦ参数，MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗，对开关应用来说，RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS(ON) 是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。另外，慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。
1.发热情况有，电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。
2，频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大了，所以发热也加大了
3，没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片。
4，MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考虑，导致开关阻抗增大
这是我最近在处理MOS管发热问题时简单总结的。其实这些问题也是老生常谈的问题，做开关电源或者MOS管开关驱动这些知识应该是烂熟于心，当然有时还有其他方面的因素，主要就是以上几种原因。