MOS管热设计及发热分析详解-KIA MOS管

MOS管热设计，发热分析

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。

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。

通常采用散热片加导热绝缘硅胶的设计直接接触散热，如果MOS管外壳不能接地，可以采用绝缘垫片隔离后再用导热硅脂散热。也可以选用硅胶片覆盖MOS管，除了散热还可以起到防止电损的作用。

整个散热体系能使元器件发出的热量更有效地传导到散热片上，再经散热片散发到周围空气中去，使得器件的稳定性得到保障。

热设计之分析

MOS管是电路设计中比较常见的器件，经常用在多种开关电路或者防反电路中，电流值从几个mA到几十个A。来看看热方面的知识。

1、当MOSFET完全导通时，将产生I2RDS（on）的功率损耗

2、I2RDS（on）的功率损耗将在器件内部或者外部产生温升

3、MOSFET器件可能因温度过高而损坏

一般MOSFET的结点温度都要保持在175°C以下，贴片MOSFET的PCB的温度限值是120°C，由于 MOSFET 器件和焊接 PCB 处之间热耦合紧密，所以我们可以认为 TPCB ≈ Tj，那么安全工作温度的上限将不再是 MOSFET的结点温度，而是 PCB 的温度（120 ℃）。

PCB设计可以应用不同的技术，引导最佳的热性能方向发展，有下面需要考虑的因素：

1、PCB的层叠

2、常见不同电路拓扑结构对PCB布局的影响

3、PCB的铜箔面积

4、散热过孔的影响

5、器件的摆放和间隔

6、单个PCB上多个功率器件的相互影响

MOS管发热分析

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

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）

由漏电流IDSS引起的损耗（和其他损耗相比极小）

瞬态功率原因：外加单触发脉冲

负载短路

开关损耗（接通、断开）*（与温度和工作频率是相关的）

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。

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。

联系方式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助