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MOS管發熱影響因素

經常查閱MOS管的數據手冊首頁可以經常看到如下參數，

導通阻抗RDS(on)

柵極驅動電壓VGS

流經開關的漏極電流Id

結溫RθJC，MOS結到管殼的熱阻抗

查閱某MOS datasheet，可得

圖1 VGS，ID，RθJC

圖2不同Vgs電壓對應不同Rds(on)

由圖2可知，數據手冊定義Rds(on)與VGS和Id有關，但對于一個充分導通的MOS管來說，導通阻抗Rds(on)是一個相對靜態參數，當我們使用MOS管做開關管進行導通的時候，會導致MOS管很快發熱。

另外如圖3所示，慢慢升高的結溫RθJC也會導致Rds的增加。隨著Rds的增加，會直接導致MOS管損耗增加，從而導致發熱現象，這也是MOS管發熱的根本原因。

圖3 導通阻抗和MOS結溫

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MOS管發熱具體分析

1，主回路電路設計不當。我們通常使用的MOS管一般都是工作在開關區內，所以叫開關電壓嘛，如果MOS管工作在線性區狀態下，導通時間過長會導致工作在線性區內，如下圖3所示是開關管導通過程。當用NMOS作為開關管時，柵極驅動電壓Vgs要大于電源電壓才能完全導通，PMOS管則相反。如果沒有完全導通的話，等效直流阻抗增大，壓降Vds也會增大，P=Vds*Id，損耗也會增大，導致MOS管發熱嚴重。 圖4MOS管導通過程 2，MOS管的開關頻率過高。頻率與導通損耗是成正比的，我們的開關電源就是利用開關頻率高使得在有限的體積內可以實現更多次數的開關，同時從前級傳遞更多的能量給到后級，從而實現需要的功能。所以當我們追求體積越小的產品時候，會使用更高頻率的開關管，那么如果在調試過程中，MOS管的溫升比較高，首先想想是否使用MOS管的開關頻率過高導致。 3，MOS管選型不當。多數工程師選型的過程中都會選擇小的導通阻抗Rds(on)，但是當導通阻抗小了，寄生電容Cgd，Cgs就會增大，這是因為元器件內部結構問題決定的，在同樣材料條件下，面積越大，電阻就越小 ，而電容跟面積的關系是面積越大，電容Cds和Cgs越大，會出現米勒效應，從而增加了功耗，所以選用開關管夠用即可，內阻追求太低也不好。關于米勒效應，最近會出一期專門分析，敬請期待~ 分析：該曲線中，當電容越大，充電時間越久，留在放大區間的時間就長了，開關損耗就大了，MOS管發熱量就大。 圖4-1 米勒平臺的產生 4，流經開關的漏極電流Id過大，主要是沒有做好足夠的散熱設計，規格書上的MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以選型要選稍微大一點的ID，如果ID小于最大工作電流，也可能發熱嚴重，需要加上輔助散熱片。

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MOS管損耗測試

為了解決MOS管發熱的問題，我們可以通過上述多種情況分析，是否是由以上幾種情況造成的，但是要想準確判斷某一種情況，還需要進行測試MOS管的損耗。那么我們就需要測試一下MOS管的頻率是否偏高，測試一下漏源極電壓VGS和漏極電流ID等等，還能直接算出MOS管的功耗。

MOS管的工作狀態有四種情況，分別是開通過程，導通過程，關斷過程和截止過程。

圖5 MOS管導通全過程

那么對應的損耗自然主要是四種，分別是開關損耗，導通損耗，截止損耗，還有一個是能量損耗，但是對應開關管來說，開關損耗遠大于能量損耗，小部分能量體現在導通狀態，而關閉狀態幾乎不消耗能量，可胡蘿卜雞，具體損耗以下面公式計算：

Eswitch=Eon+Econd+Eoff

=(Pon+Pcond+Poff)?Ts

圖6 MOS管損耗波形分析

通過示波器的開關損耗測試功能，我們就可以實現MOS管的開關損耗測試，如下我們測試出MOS管的VGS和ID，可以看到波形，電壓值和電流值，還有開關過程中的開關損耗，導通損耗，截止損耗，通過數字進行量化，判斷出到底是哪個損耗帶來的問題，最終確定MOS管發熱的問題點。

圖7 MOS管功耗測試圖

審核編輯 黃宇