【導讀】做電源設計，或者做驅動(dòng)方面的電路，會(huì )經(jīng)常用到MOS管，然而MOS管發(fā)熱嚴重的問(wèn)題，經(jīng)常困擾著(zhù)廣大設計者與工程師。針對這一問(wèn)題，本文探討MOS管發(fā)熱問(wèn)題的原因及解決方法。
無(wú)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(lái)控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過(guò)加在柵極上的電壓控制器件的特性,不會(huì )發(fā)生像三極管做開(kāi)關(guān)時(shí)的因基極電流引起的電荷存儲效應，因此在開(kāi)關(guān)應用中，MOS管的開(kāi)關(guān)速度應該比三極管快。其主要原理如圖：圖1。
圖1：MOS管的工作原理
MOS管開(kāi)路漏極電路：
我們在開(kāi)關(guān)電源中常用MOS管的漏極開(kāi)路電路，如圖2漏極原封不動(dòng)地接負載，叫開(kāi)路漏極，開(kāi)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(kāi)關(guān)器件。這就是MOS管做開(kāi)關(guān)器件的原理。當然MOS管做開(kāi)關(guān)使用的電路形式比較多了。
圖2：NMOS管的開(kāi)路漏極電路
在開(kāi)關(guān)電源應用方面，這種應用需要MOS管定期導通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴(lài)兩個(gè)MOS管來(lái)執行開(kāi)關(guān)功能，這些開(kāi)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(gè)導體。因此，我們電路或者電源設計人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導損耗。
我們經(jīng)?？碝OS管的PDF參數，MOS管制造商采用RDS(ON)參數來(lái)定義導通阻抗，對開(kāi)關(guān)應用來(lái)說(shuō)，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(dòng)）電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅動(dòng)，RDS（ON）是一個(gè)相對靜態(tài)參數。一直處于導通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結溫也會(huì )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(jiǎn)單的定義是結到管殼的熱阻抗。
導致MOS管發(fā)熱嚴重原因：
1，電路設計的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線(xiàn)性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)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(zhù)發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。
2，頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了
3，沒(méi)有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱(chēng)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(méi)有充分考慮，導致開(kāi)關(guān)阻抗增大
所以，當我們發(fā)現MOS管發(fā)熱問(wèn)題嚴重時(shí)，我們就從四方面進(jìn)行檢查：MOS管是否是開(kāi)關(guān)狀態(tài)、工作頻率是否太高造成損耗加大、選型錯誤和散熱設計不合理，經(jīng)過(guò)這四個(gè)方面的檢查與修正，MOS管的發(fā)熱問(wèn)題大部分就能解決。
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