器件發(fā)熱導致的MOS管損壞之謎及MOS管發(fā)熱如何解決-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-07-20
mos管是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導體（semiconductor）場(chǎng)效應晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體（insulator）—半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。
MOS管作為半導體領(lǐng)域最基礎的器件之一，無(wú)論是在 IC 設計里，還是板級電路應用上，都十分廣泛，尤其在大功率半導體領(lǐng)域。然而大功率逆變器MOS管，工作的時(shí)候，發(fā)熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過(guò)高就可能導致MOS管的燒毀，進(jìn)而可能導致整個(gè)電路板的損毀。
由超出安全區域引起發(fā)熱而導致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。
直流功率原因：外加直流功率而導致的損耗引起的發(fā)熱
1、導通電阻RDS(on)損耗(高溫時(shí)RDS(on)增大，導致一定電流下，功耗增加)
2、由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)
3、瞬態(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖
4、負載短路
5、開(kāi)關(guān)損耗(接通、斷開(kāi)) *(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)
6、內置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)
器件正常運行時(shí)不發(fā)生的負載短路等引起的過(guò)電流，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導致破壞。另外，由于熱量不相配或開(kāi)關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí)，持續的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導致熱擊穿的破壞。
許多mos管具有結溫過(guò)高保護，所謂結溫就是金屬氧化膜下面的溝道區域溫度，一般是150攝氏度。超過(guò)此溫度，mos管不可能導通。溫度下降就恢復。
避免MOS因為器件發(fā)熱而造成的損壞，需要做好足夠的散熱設計。若通過(guò)增加散熱器和電路板的長(cháng)度來(lái)供所有MOS管散熱，這樣就會(huì )增加機箱的體積，同時(shí)這種散熱結構，風(fēng)量發(fā)散，散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會(huì )安裝通風(fēng)紙來(lái)散熱，但安裝很麻煩。
所以MOS管對散熱的要求很高，散熱條件分為最低和最高，即在運行中的散熱情況的上下浮動(dòng)范圍。一般在選購的時(shí)候通常采用最差的散熱條件為標準，這樣在使用的時(shí)候就可以留出最大的安全余量，即使在高溫中也能確保系統的正常運行。
做好MOS管的熱設計，需要足夠的散熱片以及導熱絕緣硅膠墊片才能實(shí)現。mos散熱片是一種給電器中的易發(fā)熱電子元件散熱的裝置，多由鋁合金，黃銅或青銅做成板狀，片狀，多片狀等，如電腦中CPU中央處理器要使用相當大的散熱片，電視機中電源管，行管，功放器中的功放管都要使用散熱片。
功率MOS管在過(guò)較大的電流時(shí)會(huì )有發(fā)熱現象，電子元器件對溫度比較敏感，長(cháng)期工作在高溫狀態(tài)下，會(huì )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(gè)方面去解決。
1、加裝散熱片，擴大散熱面積
功率電子元器件過(guò)大電流發(fā)熱比較嚴重，為了提高散熱效率，需要加裝散熱片，將熱量盡快散掉。在設計之初會(huì )，結構工程師根據過(guò)電流情況，估算發(fā)熱情況，并結算使用多大的散熱片。以BLDC為例，所用的6個(gè)MOS管都是加裝散熱片的，甚至將整個(gè)外殼做成鋁殼，將MOS管固定在外殼上加快散熱。
2、選用導通內阻較小、過(guò)電流大的MOS管
MOS管的源極S和漏極D導通后，會(huì )有一個(gè)導通電阻Rds（ON），這個(gè)導通電阻差異較大，從幾mΩ到幾百mΩ不等。在設計選型時(shí)，要根據電路情況選擇過(guò)電流較大、導通電阻較小的MOS管。
3、盡量選用NMOS，而不是PMOS
從生產(chǎn)工藝上來(lái)講，NMOS比PMOS更占優(yōu)勢，因為同規格的NMOS和PMOS而言，NMOS能做到更小的內阻，且價(jià)格略便宜。也正是因為這個(gè)原因，NMOS比PMOS使用更加廣泛。
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