場效應(yīng)管發(fā)熱的原因分析及如何解決場效應(yīng)管發(fā)熱問題-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-02-18
場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（metal-oxide semiconductor FET，簡稱MOS-FET）。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。
場效應(yīng)管（FET）是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。
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(dá)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。
如果發(fā)現(xiàn)MOS管發(fā)熱很嚴(yán)重，為了解決MOS管發(fā)熱問題，要準(zhǔn)確判斷是否是這些原因造成，最重要的是進(jìn)行正確的測試，才能發(fā)現(xiàn)問題所在。通過這次解決這個MOS發(fā)熱問題，發(fā)現(xiàn)正確選擇關(guān)鍵點(diǎn)的測試，是否和分析的一致，才是解決問題之關(guān)鍵。
在進(jìn)行開關(guān)電源測試中，除了用三用表測量控制電路其他器件的引腳電壓，比較重要的是用示波器測量相關(guān)的電壓波形。當(dāng)判斷開關(guān)電源是否工作正常，測試什么地方才能反映出電源的工作狀態(tài)，變壓器原邊和次級以及輸出反饋是否合理，開關(guān)MOS管是否工作正常，PWM控制器輸出端是否正常，包括脈沖的幅度和占空比是否正常，等等。
測試點(diǎn)的合理選擇非常重要，正確選擇既安全可靠測量，又能反映故障的原因所在，迅速查找出原因。
分析這次MOS管故障的原因，根據(jù)開關(guān)電源以前的所了解的，一般引起MOS管發(fā)熱的原因是：
1：驅(qū)動頻率過高。
2：G極驅(qū)動電壓不夠。
3：通過漏極和源極的Id電流太高。
因此測試重點(diǎn)放在MOS管上，準(zhǔn)確測試它的工作狀況，才是問題的根本。選擇測試點(diǎn)如圖：
Q1為功率開關(guān)MOS管，A點(diǎn)為漏極，B點(diǎn)為源極，R為電流取樣電阻，C點(diǎn)為接地端。把雙蹤示波器的兩個探頭分別接到A和B點(diǎn)，兩個探頭接地端同時卡住電阻R的接地端C處。
MOS管漏極測試A點(diǎn)波形
而從B點(diǎn)的波形可以看出，MOS管的源極電壓波形，這個波形是取樣電阻R上的電壓波形，能夠反映出漏極電流極其導(dǎo)通和截止時間等信息，如下圖分析：
可以看出，每個周期中，開關(guān)MOS管導(dǎo)通時，漏極電流從起始到峰值電流的過程。
取樣電阻R的B測試點(diǎn)電壓波形
A和B點(diǎn)，這就是兩個關(guān)鍵的測試點(diǎn)，基本上反映了開關(guān)電源的工作狀態(tài)和故障所在，導(dǎo)通的時候的尖峰電壓和尖峰電流非常大，如果能夠?qū)?dǎo)通的尖峰電壓和尖峰電流消除，那么損耗能降一大半，MOS發(fā)熱的問題就能解決。當(dāng)然也是發(fā)現(xiàn)MOS管工作正常與否的最直接反映。
通過測試結(jié)果分析后，改變柵極驅(qū)動電阻阻值，選擇合適的頻率，給MOS管完全導(dǎo)通創(chuàng)造條件，MOS工作后有效的降低了尖峰電壓，又選擇了內(nèi)阻更小的MOS管，使在開關(guān)過程中管子本身的壓降降低。同時合理選擇的散熱器。經(jīng)過這樣處理后，重新實(shí)驗，讓整個電源正常工作后，加大負(fù)載到滿負(fù)荷工作，MOS管發(fā)熱始終沒有超過50°，應(yīng)該是比較理想。
在用示波器測試過程中，要特別注意這兩個測試點(diǎn)的波形，在逐步升高輸入電壓的時候，如果發(fā)現(xiàn)峰值電壓或者峰值電流超過設(shè)計范圍，并注意MOS管發(fā)熱情況，如果異常，應(yīng)該立刻關(guān)閉電源，查找原因所在，防止MOS管損壞。
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