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  • MOS管熱設計與發熱分析詳解
    • 發布時間:2021-07-12 17:06:51
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    MOS管熱設計與發熱分析詳解
    MOS管熱設計,發熱分析
    MOS管作為半導體領域最基礎的器件之一,無論是在IC設計里,還是板級電路應用上,都十分廣泛,尤其在大功率半導體領域。然而大功率逆變器MOS管,工作的時候,發熱量非常大,如果MOS管散熱效果不好,溫度過高就可能導致MOS管的燒毀,進而可能導致整個電路板的損毀。
    MOS管的熱設計
    避免MOS因為器件發熱而造成的損壞,需要做好足夠的散熱設計。若通過增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱,這樣就會增加機箱的體積,同時這種散熱結構,風量發散,散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會安裝通風紙來散熱,但安裝很麻煩。
    所以MOS管對散熱的要求很高,散熱條件分為最低和最高,即在運行中的散熱情況的上下浮動范圍。一般在選購的時候通常采用最差的散熱條件為標準,這樣在使用的時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的正常運行。
    做好MOS管的熱設計,需要足夠的散熱片以及導熱絕緣硅膠墊片才能實現。mos散熱片是一種給電器中的易發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大的散熱片,電視機中電源管,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熱絕緣硅膠的設計直接接觸散熱,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。
    整個散熱體系能使元器件發出的熱量更有效地傳導到散熱片上,再經散熱片散發到周圍空氣中去,使得器件的穩定性得到保障。
    熱設計之分析
    MOS管是電路設計中比較常見的器件,經常用在多種開關電路或者防反電路中,電流值從幾個mA到幾十個A。來看看熱方面的知識。
    1、當MOSFET完全導通時,將產生I2RDS(on)的功率損耗
    2、I2RDS(on)的功率損耗將在器件內部或者外部產生溫升
    3、MOSFET器件可能因溫度過高而損壞
    一般MOSFET的結點溫度都要保持在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,所以我們可以認為 TPCB ≈ Tj,那么安全工作溫度的上限將不再是 MOSFET的結點溫度,而是 PCB 的溫度(120 ℃)。
    PCB設計可以應用不同的技術,引導最佳的熱性能方向發展,有下面需要考慮的因素:
    1、PCB的層疊
    2、常見不同電路拓撲結構對PCB布局的影響
    3、PCB的銅箔面積
    4、散熱過孔的影響
    5、器件的擺放和間隔
    6、單個PCB上多個功率器件的相互影響
    MOS管發熱分析
    由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分為直流功率和瞬態功率兩種。
    直流功率原因:外加直流功率而導致的損耗引起的發熱
    導通電阻RDS(on)損耗(高溫時RDS(on)增大,導致一定電流下,功耗增加)
    由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)
    瞬態功率原因:外加單觸發脈沖
    負載短路
    開關損耗(接通、斷開)*(與溫度和工作頻率是相關的)
    內置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關的)
    器件正常運行時不發生的負載短路等引起的過電流,造成瞬時局部發熱而導致破壞。另外,由于熱量不相配或開關頻率太高使芯片不能正常散熱時,持續的發熱使溫度超出溝道溫度導致熱擊穿的破壞。
    MOS管熱設計MOS管熱設計
    許多mos管具有結溫過高保護,所謂結溫就是金屬氧化膜下面的溝道區域溫度,一般是150攝氏度。超過此溫度,mos管不可能導通。溫度下降就恢復。
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