[讨论] 你的MOSFET为什么发热那么严重？

木犯001号 2021-8-31 10:41 楼主

MOSFET工作原理

什么是MOSFET？MOSFET是全称为Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，即金属氧化物半导体场效应晶体管的半导体。

它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。如图1所示，对于N沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管，如图2所示，其源极和漏极则接在P型半导体上。无论N型或者P型MOS管，其工作原理是一样的，都是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流 (或称输入回路的电场效应)，故可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

当MOSFET处于工作状态时，MOSFET截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。

图1 N沟道型MOSFET

图2 P沟道型MOSFET

MOSFET发热影响因素

MOS管的数据手册中通常有以下参数：导通阻抗RDS（ON），栅极（或驱动）电压 VGS 以及流经开关的电流漏源极电流ID，RDS（ON）与栅极（或驱动）电压VGS 以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS（ON）是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。除此之外，慢慢升高的结温也会导致RDS（ON）的增加。随着RDS的增加，导致功率管的损耗增加，从而导致发热现象，这也是MOSFET发热的根本原因。

那么总结导致发热的主要因素主要有以下几点：

电路设计问题，MOS管工作在线性的工作状态，而不是在开关状态，MOS管导通过程时间过长导致，如图3所示为开关管导通过程。例如：让N-MOS做开关，G级电压就要比电源高几V才能完全导通，而P-MOS则相反。没有完全导通，由于等效直流阻抗较大，所以压降增大，Vds*Id也增大，从而造成损耗过大导致发热。
功率管的驱动频率太高，频率与导通损耗也成正比，所以功率管发热时，首先要想想是不是频率选择的有点高。主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大。
功率管选型不当，导通阻抗(RDS(ON))确实是最为关键品质因数，然而开关损耗与功率管的cgd和cgs也有关，大部分工程师会优先选用低导通电阻的MOS管，然而内阻越小，cgs和cgd电容越大，所以选择功率管时够用就行，不能选择太小的内阻。
通过漏极和源极的导通电流ID过大，造成这样的原因主要是没有做好足够的散热设计，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片。