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MOS管小電流發(fā)熱嚴(yán)重如何解決?一文解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-11-16 

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MOS管小電流發(fā)熱嚴(yán)重如何解決?一文解析-KIA MOS管


小電流MOS管發(fā)熱分析

MOS管,做電源設(shè)計,或者做驅(qū)動方面的電路,難免要用到MOS管。MOS管有很多種類,也有很多作用。做電源或者驅(qū)動的使用,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,不會發(fā)生像三極管做開關(guān)時的因基極電流引起的電荷存儲效應(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:


MOS管小電流發(fā)熱


在開關(guān)電源中常用MOS管的漏極開路電路,如圖2漏極原封不動地接負(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。


MOS管小電流發(fā)熱


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MOS管來執(zhí)行開關(guān)功能,這些開關(guān)交替在電感里存儲能量,然后把能量釋放給負(fù)載。


我們常選擇數(shù)百kHz乃至1MHz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(dāng)于一個導(dǎo)體。因此,我們電路或者電源設(shè)計人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導(dǎo)損耗。


我們經(jīng)??碝OS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)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,RDS(ON)是一個相對靜態(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。


mos管小電流發(fā)熱的原因

1、電路設(shè)計的問題,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)熱的一個原因。如果N-MOS做開關(guān),G級電壓要比電源高幾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(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,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。


MOS管小電流發(fā)熱


mos管小電流發(fā)熱嚴(yán)重怎么解決

功率MOS管在過較大的電流時會有發(fā)熱現(xiàn)象,電子元器件對溫度比較敏感,長期工作在高溫狀態(tài)下,會縮短使用壽命,所以要加快熱量的散發(fā)。針對MOS管的發(fā)熱情況可以考慮三個方面去解決。


1、做好MOS管的散熱設(shè)計,加裝散熱片,擴大散熱面積


功率電子元器件過大電流發(fā)熱比較嚴(yán)重,為了提高散熱效率,需要加裝散熱片,將熱量盡快散掉。在設(shè)計之初會,結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)過電流情況,估算發(fā)熱情況,并結(jié)算使用多大的散熱片。


以BLDC為例,所用的6個MOS管都是加裝散熱片的,甚至將整個外殼做成鋁殼,將MOS管固定在外殼上加快散熱。


2、選用導(dǎo)通內(nèi)阻較小、過電流大的MOS管


MOS管的源極S和漏極D導(dǎo)通后,會有一個導(dǎo)通電阻Rds(ON),這個導(dǎo)通電阻差異較大,從幾mΩ到幾百mΩ不等。在設(shè)計選型時,要根據(jù)電路情況選擇過電流較大、導(dǎo)通電阻較小的MOS管。


3、盡量選用NMOS,而不是PMOS


從生產(chǎn)工藝上來講,NMOS比PMOS更占優(yōu)勢,因為同規(guī)格的NMOS和PMOS而言,NMOS能做到更小的內(nèi)阻,且價格略便宜。也正是因為這個原因,NMOS比PMOS使用更加廣泛。




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