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器件发热导致的MOS管损坏之谜及MOS管发热如何解决

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2020-09-08 浏览:-

器件发热导致的MOS管损坏之谜及MOS管发热如何解决

mos管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。

MOS管作为半导体领域最基础的器件之一,无论是在 IC 设计里,还是板级电路应用上,都十分广泛,尤其在大功率半导体领域。然而大功率逆变器MOS管,工作的时候,发热量非常大,如果MOS管散热效果不好,温度过高就可能导致MOS管的烧毁,进而可能导致整个电路板的损毁。

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MOS管发热原因

由超出安全区域引起发热而导致的。发热的原因分为直流功率和瞬态功率两种。

直流功率原因:外加直流功率而导致的损耗引起的发热

1、导通电阻RDS(on)损耗(高温时RDS(on)增大,导致一定电流下,功耗增加)

2、由漏电流IDSS引起的损耗(和其他损耗相比极小)

3、瞬态功率原因:外加单触发脉冲

4、负载短路

5、开关损耗(接通、断开) *(与温度和工作频率是相关的)

6、内置二极管的trr损耗(上下桥臂短路损耗)(与温度和工作频率是相关的)

器件正常运行时不发生的负载短路等引起的过电流,造成瞬时局部发热而导致破坏。另外,由于热量不相配或开关频率太高使芯片不能正常散热时,持续的发热使温度超出沟道温度导致热击穿的破坏。

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许多mos管具有结温过高保护,所谓结温就是金属氧化膜下面的沟道区域温度,一般是150摄氏度。超过此温度,mos管不可能导通。温度下降就恢复。

MOS管的热设计

避免MOS因为器件发热而造成的损坏,需要做好足够的散热设计。若通过增加散热器和电路板的长度来供所有MOS管散热,这样就会增加机箱的体积,同时这种散热结构,风量发散,散热效果不好。有些大功率逆变器MOS管会安装通风纸来散热,但安装很麻烦。

所以MOS管对散热的要求很高,散热条件分为最低和最高,即在运行中的散热情况的上下浮动范围。一般在选购的时候通常采用最差的散热条件为标准,这样在使用的时候就可以留出最大的安全余量,即使在高温中也能确保系统的正常运行。

做好MOS管的热设计,需要足够的散热片以及导热绝缘硅胶垫片才能实现。mos散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置,多由铝合金,黄铜或青铜做成板状,片状,多片状等,如电脑中CPU中央处理器要使用相当大的散热片,电视机中电源管,行管,功放器中的功放管都要使用散热片。

MOS管发热如何解决

功率MOS管在过较大的电流时会有发热现象,电子元器件对温度比较敏感,长期工作在高温状态下,会缩短使用寿命,所以要加快热量的散发。针对MOS管的发热情况可以考虑三个方面去解决。

1、加装散热片,扩大散热面积

功率电子元器件过大电流发热比较严重,为了提高散热效率,需要加装散热片,将热量尽快散掉。在设计之初会,结构工程师根据过电流情况,估算发热情况,并结算使用多大的散热片。以BLDC为例,所用的6个MOS管都是加装散热片的,甚至将整个外壳做成铝壳,将MOS管固定在外壳上加快散热。

2、选用导通内阻较小、过电流大的MOS管

MOS管的源极S和漏极D导通后,会有一个导通电阻Rds(ON),这个导通电阻差异较大,从几mΩ到几百mΩ不等。在设计选型时,要根据电路情况选择过电流较大、导通电阻较小的MOS管。

3、尽量选用NMOS,而不是PMOS

从生产工艺上来讲,NMOS比PMOS更占优势,因为同规格的NMOS和PMOS而言,NMOS能做到更小的内阻,且价格略便宜。也正是因为这个原因,NMOS比PMOS使用更加广泛。

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