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电源MOS管高温烧坏的可能性原因

做(zuo)电(dian)源设(she)计(ji)，或者(zhe)做(zuo)驱(qu)动方面的(de)(de)(de)电(dian)路，难免要用(yong)(yong)到场效(xiao)应管(guan)(guan)，也(ye)就是人们常说的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)。MOS管(guan)(guan)有很(hen)多种(zhong)类，也(ye)有很(hen)多作(zuo)用(yong)(yong)。做(zuo)电(dian)源或者(zhe)驱(qu)动的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)，当然就是用(yong)(yong)它的(de)(de)(de)开(kai)关作(zuo)用(yong)(yong)。无(wu)论N型或者(zhe)P型MOS管(guan)(guan)，其工作(zuo)原理本质是一样的(de)(de)(de)。MOS管(guan)(guan)是由加(jia)(jia)在(zai)输入端栅极的(de)(de)(de)电(dian)压(ya)来控制(zhi)输出端漏极的(de)(de)(de)电(dian)流(liu)。MOS管(guan)(guan)是压(ya)控器(qi)件它通(tong)过加(jia)(jia)在(zai)栅极上(shang)的(de)(de)(de)电(dian)压(ya)控制(zhi)器(qi)件的(de)(de)(de)特(te)性(xing)，不(bu)会发生像三极管(guan)(guan)做(zuo)开(kai)关时的(de)(de)(de)因基极电(dian)流(liu)引起的(de)(de)(de)电(dian)荷存储效(xiao)应，因此在(zai)开(kai)关应用(yong)(yong)中(zhong)， MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)开(kai)关速度应该比三极管(guan)(guan)快。其主要原理如图：

我们在开(kai)(kai)关电(dian)(dian)(dian)源中(zhong)常用(yong)MOS管(guan)的(de)漏极(ji)开(kai)(kai)路(lu)电(dian)(dian)(dian)路(lu)，如图(tu)下图(tu)漏极(ji)原封(feng)不动(dong)地(di)接(jie)负载，叫开(kai)(kai)路(lu)漏极(ji)，开(kai)(kai)路(lu)漏极(ji)电(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)不管(guan)负载接(jie)多高的(de)电(dian)(dian)(dian)压，都能够(gou)接(jie)通(tong)和关断负载电(dian)(dian)(dian)流。是理(li)想的(de)模拟(ni)开(kai)(kai)关器件(jian)。这就(jiu)是MOS管(guan)做开(kai)(kai)关器件(jian)的(de)原理(li)。当然MOS管(guan)做开(kai)(kai)关使用(yong)的(de)电(dian)(dian)(dian)路(lu)形式比(bi)较多了(le)。

在(zai)开关(guan)(guan)电(dian)(dian)源应用方面(mian)，这(zhei)种应用需(xu)要(yao)MOS管定期导通和关(guan)(guan)断。比(bi)如，DC-DC电(dian)(dian)源中常用的(de)(de)基本降压转换器依赖(lai)两个MOS管来执行开关(guan)(guan)功(gong)能，这(zhei)些开关(guan)(guan)交替(ti)在(zai)电(dian)(dian)感里存储(chu)能量，然后把能量释放给负载。我(wo)(wo)们常选择数(shu)百kHz乃至1 MHz以(yi)(yi)上的(de)(de)频率，因为频率越高(gao)，磁性元件可以(yi)(yi)更(geng)小(xiao)更(geng)轻。在(zai)正常工作期间，MOS管只相当于一个导体。因此(ci)，我(wo)(wo)们电(dian)(dian)路或者电(dian)(dian)源设计人员(yuan)最关(guan)(guan)心的(de)(de)是MOS的(de)(de)最小(xiao)传导损耗(hao)。

我们经常看MOS管的(de)ＰＤＦ参(can)数，MOS管制(zhi)造商采用RDS（ON） 参(can)数来定(ding)(ding)义(yi)导(dao)(dao)通阻(zu)抗(kang)(kang)(kang)，对(dui)开关(guan)应用来说，RDS（ON） 也是(shi)最重要的(de)器(qi)件特性。数据手册定(ding)(ding)义(yi)RDS（ON） 与栅极 （或(huo)驱动(dong)） 电(dian)压 VGS 以(yi)及流经开关(guan)的(de)电(dian)流有关(guan)，但对(dui)于充(chong)分(fen)的(de)栅极驱动(dong)RDS（ON） 是(shi)一个相对(dui)静态(tai)参(can)数。一直(zhi)处于导(dao)(dao)通的(de)MOS管很容易(yi)发热(re)。另外，慢慢升高的(de)结(jie)温也会导(dao)(dao)致(zhi)RDS（ON）的(de)增加。MOS管数据手册规定(ding)(ding)了热(re)阻(zu)抗(kang)(kang)(kang)参(can)数，其定(ding)(ding)义(yi)为MOS管封装的(de)半导(dao)(dao)体结(jie)散热(re)能力。RθJC的(de)最简(jian)单的(de)定(ding)(ding)义(yi)是(shi)结(jie)到管壳的(de)热(re)阻(zu)抗(kang)(kang)(kang)。

1.发(fa)(fa)热(re)情况有，电(dian)路设(she)计的(de)(de)问题，就(jiu)是(shi)让(rang)MOS管工作(zuo)在线性(xing)的(de)(de)工作(zuo)状(zhuang)态，而不是(shi)在开关(guan)状(zhuang)态。这(zhei)也是(shi)导致MOS管发(fa)(fa)热(re)的(de)(de)一个(ge)原因。如果N-MOS做开关(guan)，G级(ji)电(dian)压(ya)要比电(dian)源高(gao)几V，才能完全(quan)导通，P-MOS则相反。没有完全(quan)打(da)开而压(ya)降过大(da)造成功(gong)率消(xiao)耗，等效直流(liu)阻抗(kang)比较大(da)，压(ya)降增(zeng)大(da)，所以U*I也增(zeng)大(da)，损耗就(jiu)意味着发(fa)(fa)热(re)。这(zhei)是(shi)设(she)计电(dian)路的(de)(de)最忌讳的(de)(de)错误。

2，频(pin)率太高(gao)，主要是有时过分追求(qiu)体积，导致频(pin)率提高(gao)，MOS管上的损耗增(zeng)大了，所以(yi)发热也加大了

3，没有做好足够(gou)的(de)(de)散热设(she)计，电流太高，MOS管标称的(de)(de)电流值(zhi)，一般需(xu)要良(liang)好的(de)(de)散热才能达(da)到(dao)。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需(xu)要足够(gou)的(de)(de)辅助散热片。

4，MOS管(guan)的(de)(de)选型有误，对(dui)功率判断(duan)有误，MOS管(guan)内阻(zu)没有充分考(kao)虑，导致开(kai)关(guan)阻(zu)抗增(zeng)大这(zhei)是(shi)我最近在(zai)处理MOS管(guan)发热问(wen)题(ti)时(shi)简单总结的(de)(de)。其实这(zhei)些(xie)问(wen)题(ti)也是(shi)老(lao)生常谈的(de)(de)问(wen)题(ti)，做开(kai)关(guan)电源或者MOS管(guan)开(kai)关(guan)驱动这(zhei)些(xie)知(zhi)识应该是(shi)烂(lan)熟于心，当然有时(shi)还有其他方面的(de)(de)因(yin)素，主要就是(shi)以上几(ji)种原因(yin)。

电源mos管高温烧坏总结

总(zong)结(jie)一(yi)：电源MOS管(guan)高温发热烧(shao)坏原(yuan)因小结(jie)

1、电(dian)路设计(ji)的(de)问(wen)题(ti)，就是(shi)让MOS管工作在(zai)线性的(de)工作状态，而不是(shi)在(zai)开(kai)(kai)关状态。这也是(shi)导致MOS管发(fa)热(re)的(de)一个原因。如果N-MOS做开(kai)(kai)关，G级电(dian)压(ya)要比电(dian)源高几V，才(cai)能完全导通，P-MOS则(ze)相反(fan)。没有完全打开(kai)(kai)而压(ya)降过大造(zao)成(cheng)功率消耗，等效直流(liu)阻抗比较(jiao)大，压(ya)降增大，所以U*I也增大，损耗就意味(wei)着发(fa)热(re)。这是(shi)设计(ji)电(dian)路的(de)最忌(ji)讳的(de)错(cuo)误(wu)；（本次产(chan)品(pin)测试问(wen)题(ti)点虽然不是(shi)出(chu)在(zai)电(dian)路设计(ji)上，但BOM做错(cuo)比设计(ji)错(cuo)误(wu)往往更难分析）

2、频率太高，主要(yao)是(shi)有时(shi)过分追(zhui)求(qiu)体积，导(dao)致频率提(ti)高，MOS管上的损耗增大了，所(suo)以(yi)发热也(ye)加大了；

3、没(mei)有做好足够(gou)的(de)散热(re)(re)(re)设计，电(dian)流(liu)太高，MOS管(guan)标称的(de)电(dian)流(liu)值，一(yi)般需(xu)要良好的(de)散热(re)(re)(re)才(cai)能达(da)到。所以ID小于(yu)最大电(dian)流(liu)，也(ye)可能发热(re)(re)(re)严重，需(xu)要足够(gou)的(de)辅(fu)助散热(re)(re)(re)片；

4、MOS管(guan)的选型有(you)(you)误，对功率判(pan)断有(you)(you)误，MOS管(guan)内(nei)阻没有(you)(you)充分考虑，导致开关阻抗增大(da)。

总结(jie)二(er)：MOS管工作状态分析

MOS管工作状态(tai)有四种，开(kai)通过(guo)(guo)程、导(dao)通状态(tai)、关(guan)断过(guo)(guo)程，截(jie)止状态(tai)；MOS管主要(yao)损(sun)耗(hao)(hao)：开(kai)关(guan)损(sun)耗(hao)(hao)，导(dao)通损(sun)耗(hao)(hao)，截(jie)止损(sun)耗(hao)(hao)，还有雪崩能(neng)量损(sun)耗(hao)(hao)，开(kai)关(guan)损(sun)耗(hao)(hao)往往大(da)于(yu)(yu)后者(zhe)；MOS管主要(yao)损(sun)坏原因：过(guo)(guo)流（持(chi)续大(da)电(dian)流或瞬间超(chao)大(da)电(dian)流），过(guo)(guo)压（D-S，G-S被击(ji)穿(chuan)），静电(dian)（个人认为可属于(yu)(yu)过(guo)(guo)压）；

总结三：MOS管工作过(guo)程(cheng)分析

MOS管工作(zuo)过程(cheng)非常复杂，里面变量很多，总之开关慢不容易导(dao)致米勒震荡（介(jie)绍米勒电(dian)容，米勒效应等，很详细），但(dan)开关损(sun)耗会加大，发热大；开关的速(su)度快，损(sun)耗会减低(di)，但(dan)是米勒震荡很厉害，反而(er)会使损(sun)耗增(zeng)加。驱动(dong)电(dian)路(lu)布线和主回路(lu)布线要求很高，最(zui)终就是寻(xun)找一个平衡点，一般开通过程(cheng)不超过1us；

总(zong)结(jie)四(si)：MOS管的重要(yao)参(can)数及(ji)选型

Qgs：栅极(ji)从(cong)0V充电(dian)到(dao)对应电(dian)流米(mi)勒平台时(shi)总充入(ru)电(dian)荷，这个(ge)时(shi)候(hou)给(ji)Cgs充电(dian)（相当于Ciss，输入(ru)电(dian)容(rong)）；

Qgd：整(zheng)个米(mi)勒(le)平台的总充(chong)电电荷（不(bu)一定比Qgs大，仅(jin)指(zhi)米(mi)勒(le)平台）；

Qg：总(zong)的(de)充(chong)电(dian)电(dian)荷，包含Qgs，Qgd，以及之外的(de)其它；

上述三个参(can)数的(de)(de)单位是nc（纳库），一(yi)般为几nc到几十nc；Rds（on）：导通内阻，这个耐压一(yi)定情况下(xia)，越小损耗；总的(de)(de)选型规(gui)则：Qgs、Qgd、Qg较小，Rds（on）也较小的(de)(de)管.

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