MOS管-詳解電源MOS管高溫燒壞的可能性原因-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-07-25
做電源設計，或者做驅動方面的電路，難免要用到場效應管，也就是人們常說的MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅動的使用，當然就是用它的開關作用。無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質是一樣的。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，不會發生像三極管做開關時的因基極電流引起的電荷存儲效應，因此在開關應用中， MOS管的開關速度應該比三極管快。其主要原理如圖：
我們在開關電源中常用MOS管的漏極開路電路，如圖下圖漏極原封不動地接負載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負載接多高的電壓，都能夠接通和關斷負載電流。是理想的模擬開關器件。這就是MOS管做開關器件的原理。當然MOS管做開關使用的電路形式比較多了。
在開關電源應用方面，這種應用需要MOS管定期導通和關斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執行開關功能，這些開關交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。我們常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當于一個導體。因此，我們電路或者電源設計人員最關心的是MOS的最小傳導損耗。
我們經常看MOS管的ＰＤＦ參數，MOS管制造商采用RDS（ON） 參數來定義導通阻抗，對開關應用來說，RDS（ON） 也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS（ON） 與柵極 （或驅動） 電壓 VGS 以及流經開關的電流有關，但對于充分的柵極驅動RDS（ON） 是一個相對靜態參數。一直處于導通的MOS管很容易發熱。另外，慢慢升高的結溫也會導致RDS（ON）的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數，其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。
1.發熱情況有，電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態，而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，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，損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。
2，頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發熱也加大了
3，沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發熱嚴重，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管內阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大這是我最近在處理MOS管發熱問題時簡單總結的。其實這些問題也是老生常談的問題，做開關電源或者MOS管開關驅動這些知識應該是爛熟于心，當然有時還有其他方面的因素，主要就是以上幾種原因。
總結一：電源MOS管高溫發熱燒壞原因小結
1、電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態，而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，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，損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤；（本次產品測試問題點雖然不是出在電路設計上，但BOM做錯比設計錯誤往往更難分析）
2、頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發熱也加大了；
3、沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發熱嚴重，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管內阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。
總結二：MOS管工作狀態分析
MOS管工作狀態有四種，開通過程、導通狀態、關斷過程，截止狀態；MOS管主要損耗：開關損耗，導通損耗，截止損耗，還有雪崩能量損耗，開關損耗往往大于后者；MOS管主要損壞原因：過流（持續大電流或瞬間超大電流），過壓（D-S，G-S被擊穿），靜電（個人認為可屬于過壓）；
總結三：MOS管工作過程分析
MOS管工作過程非常復雜，里面變量很多，總之開關慢不容易導致米勒震蕩（介紹米勒電容，米勒效應等，很詳細），但開關損耗會加大，發熱大；開關的速度快，損耗會減低，但是米勒震蕩很厲害，反而會使損耗增加。驅動電路布線和主回路布線要求很高，最終就是尋找一個平衡點，一般開通過程不超過1us；
總結四：MOS管的重要參數及選型
Qgs：柵極從0V充電到對應電流米勒平臺時總充入電荷，這個時候給Cgs充電（相當于Ciss，輸入電容）；
Qgd：整個米勒平臺的總充電電荷（不一定比Qgs大，僅指米勒平臺）；
Qg：總的充電電荷，包含Qgs，Qgd，以及之外的其它；
上述三個參數的單位是nc（納庫），一般為幾nc到幾十nc；Rds（on）：導通內阻，這個耐壓一定情況下，越小損耗；總的選型規則：Qgs、Qgd、Qg較小，Rds（on）也較小的管.
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