【導(dǎo)讀】做電源設(shè)計，或者做驅(qū)動方面的電路，會經(jīng)常用到MOS管，然而MOS管發(fā)熱嚴(yán)重的問題，經(jīng)常困擾著廣大設(shè)計者與工程師。針對這一問題，本文探討MOS管發(fā)熱問題的原因及解決方法。
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：圖1。
圖1：MOS管的工作原理
MOS管開路漏極電路：
我們在開關(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(guān)斷負載電流。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。
圖2：NMOS管的開路漏極電路
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載。我們常選擇數(shù)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(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)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）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。
導(dǎo)致MOS管發(fā)熱嚴(yán)重原因：
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
所以，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)MOS管發(fā)熱問題嚴(yán)重時，我們就從四方面進行檢查：MOS管是否是開關(guān)狀態(tài)、工作頻率是否太高造成損耗加大、選型錯誤和散熱設(shè)計不合理，經(jīng)過這四個方面的檢查與修正，MOS管的發(fā)熱問題大部分就能解決。
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