MOS管熱設計及發熱分析詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-02-21
MOS管作為半導體領域最基礎的器件之一，無論是在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域。然而大功率逆變器MOS管，工作的時候，發熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過高就可能導致MOS管的燒毀，進而可能導致整個電路板的損毀。
避免MOS因為器件發熱而造成的損壞，需要做好足夠的散熱設計。若通過增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱，這樣就會增加機箱的體積，同時這種散熱結構，風量發散，散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會安裝通風紙來散熱，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范圍。一般在選購的時候通常采用最差的散熱條件為標準，這樣在使用的時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現。mos散熱片是一種給電器中的易發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。
通常采用散熱片加導熱絕緣硅膠的設計直接接觸散熱，如果MOS管外殼不能接地，可以采用絕緣墊片隔離后再用導熱硅脂散熱。也可以選用硅膠片覆蓋MOS管，除了散熱還可以起到防止電損的作用。
整個散熱體系能使元器件發出的熱量更有效地傳導到散熱片上，再經散熱片散發到周圍空氣中去，使得器件的穩定性得到保障。
MOS管是電路設計中比較常見的器件，經常用在多種開關電路或者防反電路中，電流值從幾個mA到幾十個A。來看看熱方面的知識。
1、當MOSFET完全導通時，將產生I2RDS（on）的功率損耗
2、I2RDS（on）的功率損耗將在器件內部或者外部產生溫升
3、MOSFET器件可能因溫度過高而損壞
一般MOSFET的結點溫度都要保持在175°C以下，貼片MOSFET的PCB的溫度限值是120°C，由于 MOSFET 器件和焊接 PCB 處之間熱耦合緊密，所以我們可以認為 TPCB ≈ Tj，那么安全工作溫度的上限將不再是 MOSFET的結點溫度，而是 PCB 的溫度（120 ℃）。
PCB設計可以應用不同的技術，引導最佳的熱性能方向發展，有下面需要考慮的因素：
1、PCB的層疊
2、常見不同電路拓撲結構對PCB布局的影響
3、PCB的銅箔面積
4、散熱過孔的影響
5、器件的擺放和間隔
6、單個PCB上多個功率器件的相互影響
由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分為直流功率和瞬態功率兩種。
直流功率原因：外加直流功率而導致的損耗引起的發熱
導通電阻RDS（on）損耗（高溫時RDS（on）增大，導致一定電流下，功耗增加）
由漏電流IDSS引起的損耗（和其他損耗相比極小）
瞬態功率原因：外加單觸發脈沖
負載短路
開關損耗（接通、斷開）*（與溫度和工作頻率是相關的）
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的）
器件正常運行時不發生的負載短路等引起的過電流，造成瞬時局部發熱而導致破壞。另外，由于熱量不相配或開關頻率太高使芯片不能正常散熱時，持續的發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。超過此溫度，mos管不可能導通。溫度下降就恢復。
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