如何解決MOS管發(fā)熱-MOS管發(fā)熱原因分析與處理方法
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MOS管發(fā)熱嚴(yán)重的四大因素
在半導(dǎo)體電子應(yīng)用過(guò)程中，MOS管經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象，那么是什么原因才會(huì)導(dǎo)致MOS管發(fā)熱？
首先我們需要了解MOS管的構(gòu)造原理，如下圖：
從上圖可以看出，場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）是只要一種載流子參與導(dǎo)電，用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步可以劃分為有N溝道器件和P溝道器件。
MOS管發(fā)熱嚴(yán)重的原因總結(jié)為以下四點(diǎn)：
第一點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。
第二點(diǎn)：MOS管頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了；
第三點(diǎn)：電路板沒(méi)有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。
第四點(diǎn)：MOS管的選型有誤，對(duì)功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒(méi)有充分考慮，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)阻抗增大。
如何解決MOS管發(fā)熱問(wèn)題？
為了解決MOS管發(fā)熱問(wèn)題，要準(zhǔn)確判斷是否是這些原因造成，最重要的是進(jìn)行正確的測(cè)試，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。通過(guò)這次解決這個(gè)MOS發(fā)熱問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)正確選擇關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)試，是否和分析的一致，才是解決問(wèn)題之關(guān)鍵。
在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源測(cè)試中，除了用三用表測(cè)量控制電路其他器件的引腳電壓，比較重要的是用示波器測(cè)量相關(guān)的電壓波形。當(dāng)判斷開(kāi)關(guān)電源是否工作正常，測(cè)試什么地方才能反映出電源的工作狀態(tài)，變壓器原邊和次級(jí)以及輸出反饋是否合理，開(kāi)關(guān)MOS管是否工作正常，PWM控制器輸出端是否正常，包括脈沖的幅度和占空比是否正常，等等。
測(cè)試點(diǎn)的合理選擇非常重要，正確選擇既安全可靠測(cè)量，又能反映故障的原因所在，迅速查找出原因。分析這次MOS管故障的原因，根據(jù)開(kāi)關(guān)電源以前的所了解的，一般引起MOS管發(fā)熱的原因是：
1：驅(qū)動(dòng)頻率過(guò)高。
2：G極驅(qū)動(dòng)電壓不夠。
3：通過(guò)漏極和源極的Id電流太高。
因此測(cè)試重點(diǎn)放在MOS管上，準(zhǔn)確測(cè)試它的工作狀況，才是問(wèn)題的根本。選擇測(cè)試點(diǎn)如圖：
Q1為功率開(kāi)關(guān)MOS管，A點(diǎn)為漏極，B點(diǎn)為源極，R為電流取樣電阻，C點(diǎn)為接地端。把雙蹤示波器的兩個(gè)探頭分別接到A和B點(diǎn)，兩個(gè)探頭接地端同時(shí)卡住電阻R的接地端C處。
MOS管漏極測(cè)試A點(diǎn)波形
而從B點(diǎn)的波形可以看出，MOS管的源極電壓波形，這個(gè)波形是取樣電阻R上的電壓波形，能夠反映出漏極電流極其導(dǎo)通和截止時(shí)間等信息，如下圖分析：
可以看出，每個(gè)周期中，開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通時(shí)，漏極電流從起始到峰值電流的過(guò)程。
取樣電阻R的B測(cè)試點(diǎn)電壓波形
A和B點(diǎn)，這就是兩個(gè)關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)，基本上反映了開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)和故障所在，導(dǎo)通的時(shí)候的尖峰電壓和尖峰電流非常大，如果能夠?qū)?dǎo)通的尖峰電壓和尖峰電流消除，那么損耗能降一大半，MOS發(fā)熱的問(wèn)題就能解決。當(dāng)然也是發(fā)現(xiàn)MOS管工作正常與否的最直接反映。
通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析后，改變柵極驅(qū)動(dòng)電阻阻值，選擇合適的頻率，給MOS管完全導(dǎo)通創(chuàng)造條件，MOS工作后有效的降低了尖峰電壓，又選擇了內(nèi)阻更小的MOS管，使在開(kāi)關(guān)過(guò)程中管子本身的壓降降低。同時(shí)合理選擇的散熱器。經(jīng)過(guò)這樣處理后，重新實(shí)驗(yàn)，讓整個(gè)電源正常工作后，加大負(fù)載到滿負(fù)荷工作，MOS管發(fā)熱始終沒(méi)有超過(guò)50°，應(yīng)該是比較理想。
在用示波器測(cè)試過(guò)程中，要特別注意這兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的波形，在逐步升高輸入電壓的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)峰值電壓或者峰值電流超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，并注意MOS管發(fā)熱情況，如果異常，應(yīng)該立刻關(guān)閉電源，查找原因所在，防止MOS管損壞。