MOS管熱設(shè)計(jì)及發(fā)熱分析詳解-KIA MOS管

MOS管熱設(shè)計(jì)，發(fā)熱分析

MOS管作為半導(dǎo)體領(lǐng)域最基礎(chǔ)的器件之一，無(wú)論是在IC設(shè)計(jì)里，還是板級(jí)電路應(yīng)用上，都十分廣泛，尤其在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。然而大功率逆變器MOS管，工作的時(shí)候，發(fā)熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過(guò)高就可能導(dǎo)致MOS管的燒毀，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個(gè)電路板的損毀。

MOS管的熱設(shè)計(jì)

避免MOS因?yàn)槠骷l(fā)熱而造成的損壞，需要做好足夠的散熱設(shè)計(jì)。若通過(guò)增加散熱器和電路板的長(zhǎng)度來(lái)供所有MOS管散熱，這樣就會(huì)增加機(jī)箱的體積，同時(shí)這種散熱結(jié)構(gòu)，風(fēng)量發(fā)散，散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會(huì)安裝通風(fēng)紙來(lái)散熱，但安裝很麻煩。

所以MOS管對(duì)散熱的要求很高，散熱條件分為最低和最高，即在運(yùn)行中的散熱情況的上下浮動(dòng)范圍。一般在選購(gòu)的時(shí)候通常采用最差的散熱條件為標(biāo)準(zhǔn)，這樣在使用的時(shí)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(tǒng)的正常運(yùn)行。

做好MOS管的熱設(shè)計(jì)，需要足夠的散熱片以及導(dǎo)熱絕緣硅膠墊片才能實(shí)現(xiàn)。mos散熱片是一種給電器中的易發(fā)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(dāng)大的散熱片，電視機(jī)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(dǎo)熱絕緣硅膠的設(shè)計(jì)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(dǎo)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(gè)散熱體系能使元器件發(fā)出的熱量更有效地傳導(dǎo)到散熱片上，再經(jīng)散熱片散發(fā)到周?chē)諝庵腥?，使得器件的穩(wěn)定性得到保障。

熱設(shè)計(jì)之分析

MOS管是電路設(shè)計(jì)中比較常見(jiàn)的器件，經(jīng)常用在多種開(kāi)關(guān)電路或者防反電路中，電流值從幾個(gè)mA到幾十個(gè)A。來(lái)看看熱方面的知識(shí)。

1、當(dāng)MOSFET完全導(dǎo)通時(shí)，將產(chǎn)生I2RDS（on）的功率損耗

2、I2RDS（on）的功率損耗將在器件內(nèi)部或者外部產(chǎn)生溫升

3、MOSFET器件可能因溫度過(guò)高而損壞

一般MOSFET的結(jié)點(diǎn)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(rèn)為 TPCB ≈ Tj，那么安全工作溫度的上限將不再是 MOSFET的結(jié)點(diǎn)溫度，而是 PCB 的溫度（120 ℃）。

PCB設(shè)計(jì)可以應(yīng)用不同的技術(shù)，引導(dǎo)最佳的熱性能方向發(fā)展，有下面需要考慮的因素：

1、PCB的層疊

2、常見(jiàn)不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)PCB布局的影響

3、PCB的銅箔面積

4、散熱過(guò)孔的影響

5、器件的擺放和間隔

6、單個(gè)PCB上多個(gè)功率器件的相互影響

MOS管發(fā)熱分析

由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。

直流功率原因：外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱

導(dǎo)通電阻RDS（on）損耗（高溫時(shí)RDS（on）增大，導(dǎo)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(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖

負(fù)載短路

開(kāi)關(guān)損耗（接通、斷開(kāi)）*（與溫度和工作頻率是相關(guān)的）

內(nèi)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(guān)的）

器件正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過(guò)電流，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外，由于熱量不相配或開(kāi)關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí)，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。

MOS管熱設(shè)計(jì)