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MOS管-详解电源MOS管高温烧坏的可能性原因-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-07-25 

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电源MOS管高温烧坏的可能性原因

做电源设计,或者做驱动方面的电路,难免要用到场效应管,也就是人们常说的MOS管。MOS管有很多种类,也有很多作用。做电源或者驱动的使用,当然就是用它的开关作用。无论N型或者P型MOS管,其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中, MOS管的开关速度应该比三极管快。其主要原理如图:

电源MOS管高温烧坏

我们在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路,如图下图漏极原封不动地接负载,叫开路漏极,开路漏极电路中不管负载接多高的电压,都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。

电源MOS管高温烧坏

在开关电源应用方面,这种应用需要MOS管定期导通和关断。比如,DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能,这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。我们常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。在正常工作期间,MOS管只相当于一个导体。因此,我们电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。

我们经常看MOS管的PDF参数,MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗,对开关应用来说,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动RDS(ON) 是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。另外,慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数,其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。

1.发热情况有,电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。

2,频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了

3,没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。

4,MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大这是我最近在处理MOS管发热问题时简单总结的。其实这些问题也是老生常谈的问题,做开关电源或者MOS管开关驱动这些知识应该是烂熟于心,当然有时还有其他方面的因素,主要就是以上几种原因。

电源mos管高温烧坏总结

总结一:电源MOS管高温发热烧坏原因小结

1、电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误;(本次产品测试问题点虽然不是出在电路设计上,但BOM做错比设计错误往往更难分析)

2、频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了;

3、没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片;

4、MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。

总结二:MOS管工作状态分析

MOS管工作状态有四种,开通过程、导通状态、关断过程,截止状态;MOS管主要损耗:开关损耗,导通损耗,截止损耗,还有雪崩能量损耗,开关损耗往往大于后者;MOS管主要损坏原因:过流(持续大电流或瞬间超大电流),过压(D-S,G-S被击穿),静电(个人认为可属于过压);

总结三:MOS管工作过程分析

MOS管工作过程非常复杂,里面变量很多,总之开关慢不容易导致米勒震荡(介绍米勒电容,米勒效应等,很详细),但开关损耗会加大,发热大;开关的速度快,损耗会减低,但是米勒震荡很厉害,反而会使损耗增加。驱动电路布线和主回路布线要求很高,最终就是寻找一个平衡点,一般开通过程不超过1us;

总结四:MOS管的重要参数及选型

Qgs:栅极从0V充电到对应电流米勒平台时总充入电荷,这个时候给Cgs充电(相当于Ciss,输入电容);

Qgd:整个米勒平台的总充电电荷(不一定比Qgs大,仅指米勒平台);

Qg:总的充电电荷,包含Qgs,Qgd,以及之外的其它;

上述三个参数的单位是nc(纳库),一般为几nc到几十nc;Rds(on):导通内阻,这个耐压一定情况下,越小损耗;总的选型规则:Qgs、Qgd、Qg较小,Rds(on)也较小的管。


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