器件發熱導致的MOS管損壞之謎及MOS管發熱如何解決

mos管是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導體（semiconductor）場效應晶體管，或者稱是金屬—絕緣體（insulator）—半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。

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。

MOS管發熱原因

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

1、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)

2、由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)

3、瞬態功率原因：外加單觸發脈沖

4、負載短路

5、開關損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關的)

6、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。

MOS管的熱設計

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。

MOS管發熱如何解決

功率MOS管在過較大的電流時會有發熱現象，電子元器件對溫度比較敏感，長期工作在高溫狀態下，會縮短使用壽命，所以要加快熱量的散發。針對MOS管的發熱情況可以考慮三個方面去解決。

1、加裝散熱片，擴大散熱面積

功率電子元器件過大電流發熱比較嚴重，為了提高散熱效率，需要加裝散熱片，將熱量盡快散掉。在設計之初會，結構工程師根據過電流情況，估算發熱情況，并結算使用多大的散熱片。以BLDC為例，所用的6個MOS管都是加裝散熱片的，甚至將整個外殼做成鋁殼，將MOS管固定在外殼上加快散熱。

2、選用導通內阻較小、過電流大的MOS管

MOS管的源極S和漏極D導通后，會有一個導通電阻Rds（ON），這個導通電阻差異較大，從幾mΩ到幾百mΩ不等。在設計選型時，要根據電路情況選擇過電流較大、導通電阻較小的MOS管。

3、盡量選用NMOS，而不是PMOS

從生產工藝上來講，NMOS比PMOS更占優勢，因為同規格的NMOS和PMOS而言，NMOS能做到更小的內阻，且價格略便宜。也正是因為這個原因，NMOS比PMOS使用更加廣泛。

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