器件发热导致的MOS管损坏之谜及MOS管发热如何解决

mos管是金属（metal）—氧化物（oxide）—半导体（semiconductor）场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体（insulator）—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。

MOS管作为半导体领域最基础的器件之一，无论是在 IC 设计里，还是板级电路应用上，都十分广泛，尤其在大功率半导体领域。然而大功率逆变器MOS管，工作的时候，发热量非常大，如果MOS管散热效果不好，温度过高就可能导致MOS管的烧毁，进而可能导致整个电路板的损毁。

由超出安全区域引起发热而导致的。发热的原因分为直流功率和瞬态功率两种。

直流功率原因：外加直流功率而导致的损耗引起的发热

1、导通电阻RDS(on)损耗(高温时RDS(on)增大，导致一定电流下，功耗增加)

2、由漏电流IDSS引起的损耗(和其他损耗相比极小)

3、瞬态功率原因：外加单触发脉冲

4、负载短路

5、开关损耗(接通、断开) *(与温度和工作频率是相关的)

6、内置二极管的trr损耗(上下桥臂短路损耗)(与温度和工作频率是相关的)

器件正常运行时不发生的负载短路等引起的过电流，造成瞬时局部发热而导致破坏。另外，由于热量不相配或开关频率太高使芯片不能正常散热时，持续的发热使温度超出沟道温度导致热击穿的破坏。

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许多mos管具有结温过高保护，所谓结温就是金属氧化膜下面的沟道区域温度，一般是150摄氏度。超过此温度，mos管不可能导通。温度下降就恢复。

避免MOS因为器件发热而造成的损坏，需要做好足够的散热设计。若通过增加散热器和电路板的长度来供所有MOS管散热，这样就会增加机箱的体积，同时这种散热结构，风量发散，散热效果不好。有些大功率逆变器MOS管会安装通风纸来散热，但安装很麻烦。

所以MOS管对散热的要求很高，散热条件分为最低和最高，即在运行中的散热情况的上下浮动范围。一般在选购的时候通常采用最差的散热条件为标准，这样在使用的时候就可以留出最大的安全余量，即使在高温中也能确保系统的正常运行。

做好MOS管的热设计，需要足够的散热片以及导热绝缘硅胶垫片才能实现。mos散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。

功率MOS管在过较大的电流时会有发热现象，电子元器件对温度比较敏感，长期工作在高温状态下，会缩短使用寿命，所以要加快热量的散发。针对MOS管的发热情况可以考虑三个方面去解决。

1、加装散热片，扩大散热面积

功率电子元器件过大电流发热比较严重，为了提高散热效率，需要加装散热片，将热量尽快散掉。在设计之初会，结构工程师根据过电流情况，估算发热情况，并结算使用多大的散热片。以BLDC为例，所用的6个MOS管都是加装散热片的，甚至将整个外壳做成铝壳，将MOS管固定在外壳上加快散热。

2、选用导通内阻较小、过电流大的MOS管

MOS管的源极S和漏极D导通后，会有一个导通电阻Rds（ON），这个导通电阻差异较大，从几mΩ到几百mΩ不等。在设计选型时，要根据电路情况选择过电流较大、导通电阻较小的MOS管。

3、尽量选用NMOS，而不是PMOS

从生产工艺上来讲，NMOS比PMOS更占优势，因为同规格的NMOS和PMOS而言，NMOS能做到更小的内阻，且价格略便宜。也正是因为这个原因，NMOS比PMOS使用更加广泛。