大電流MOS管型號參數與應用詳解-MOS管發熱分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-12-21
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。在多數情況下，這個兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。
做電源設計，或者做驅動方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅動的使用，當然就是用它的開關作用。
無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會發生像三極管做開關時的因基極電流引起的電荷存儲效應，因此在開關應用中，MOS管的開關速度應該比三極管快。其主要原理如圖：
MOS管的工作原理
在開關電源中常用MOS管的漏極開路電路，如圖2漏極原封不動地接負載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負載接多高的電壓，都能夠接通和關斷負載電流。是理想的模擬開關器件。這就是MOS管做開關器件的原理。當然MOS管做開關使用的電路形式比較多了。
NMOS管的開路漏極電路
在開關電源應用方面，這種應用需要MOS管定期導通和關斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執行開關功能，這些開關交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。我們常選擇數百kHz乃至1MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當于一個導體。因此，我們電路或者電源設計人員最關心的是MOS的最小傳導損耗。
我們經常看MOS管的PDF參數，MOS管制造商采用RDS(ON)參數來定義導通阻抗，對開關應用來說，RDS(ON)也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動)電壓VGS以及流經開關的電流有關，但對于充分的柵極驅動，RDS(ON)是一個相對靜態參數。一直處于導通的MOS管很容易發熱。另外，慢慢升高的結溫也會導致RDS(ON)的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數，其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。
其發熱情況有：
1.電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態，而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。
2.頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發熱也加大了。
3.沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。
4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。
由于功率MOSFET熱穩定性好，故比雙極型晶體管并聯連接簡單。可是并聯連接MOSFET用于高速開關則末必簡單，從現象看并聯連接會發生以下兩個問題：
1） 電流會集中某一個器件中。
2 ） 寄生振蕩。
并聯連接方面的問題
參數
Lo：柵、導線電感
LD：漏、導線電感
LS：源、導線電感
Cmi：密勒電容
CGS：柵、源間電源
ra：柵、電阻（多晶硅）
（1）電流會集到某一個器件中
這是由于并聯連接的器件中的某一個器件早于或遲于其它器件導通或斷開而引起的。導通、斷開的時刻差異是由于器件間的閾值電壓和正向傳輸導納等參數的差別而引起。圖1表明把具有不同VGS（th）和 g.f .s 的功率MOSFET并聯銜接時發生電流不平衡的一個比如。
驅動級的輸出阻抗大的時候，電流不平衡的發生時刻由功率MOSFET的輸入電容Ciss而決議。另外，并聯連接的全部器件導通之后，流到各器件的電流與Rds（on）成反比 。
( 2 ） 寄生振蕩
如把功率MOSFET的柵極直接并聯銜接，就常常發生寄生振蕩。如圖2所示，經過各個器件的漏、柵間電容（ 密勒電容 ）和柵極引線電感構成諧振電路 。關于這個諧振電路的Q，也即電抗器 （ L 、C ） 對電阻之比 （Q = i∞/ R ） 非常大，簡單發生寄生振蕩。
從以下兩個方面采取辦法 ：
1)器材的挑選
2)裝置上的考慮
( 1） 把功率MOSFET用作開關器件時，無須過于慎重考慮，由于功率MOSFET的最大脈沖電流允許為直流額定值的 3-4倍，只需極力縮小驅動級的輸出阻抗就行．把功率MOSFET用在線性電路時，只挑選同一批產品是不行的 ，與雙極型晶體管一樣外加源電阻使之平衡是很有必要的．
( 2 ）裝置辦法
選用低電感布線是當然的，但在并聯連接中僅用銅板是不行的 ，由于因公共阻擾發生的 電壓使柵、源間電壓不能平衡，為了防止這點，并聯連接的各個器件應是徹底持平的布線，應如圖3那樣用對稱的布線 ，但因裝置上的約束，不行能用對稱布錢時，這時同軸的（多股絞合線、帶狀線 ） 布線也是很有用的。如圖4那樣，經過薄的絕緣膜把銅板制成的漏和源的布線。
分別做成多層結構，則由于布線發生電感的一起也發生電容 ，而構成圖5的等效電路。由電感發生的電壓經過電容傳輸使各個器材的柵 、源間電壓則變得持平。由于功率MOSFET的導通電阻和耐壓有以下的聯系，即Rds（on）∞BVds2 .4-2.7所以在總芯片面積持平的情況下，如把幾個低壓MOSFET串聯連接 ，比1個高耐壓MOSFET的導通電阻低。圖1表明串聯連接個數和導通電阻下降率之間的聯系。從此圖中能夠看出 ，用串聯銜接比提高每個功率MOSFET的耐壓更有優越性 。可是，隨著串聯連接MOSFET 的個數的添加，驅動電路變得復雜，從成本和裝置上考慮 ，2-5個MOSFET的串聯銜接較為適宜。
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