解锁 MOS 管：温度估算不再烧脑~

朱老师IT充电站

点击上方蓝字关注我们
温度是影响MOSFET寿命的关键要素之一，为防止过热导致的MOS失效，使用前进行简单的温度估算是必要的。
MOS管发热的主要原因是其工作过程中产生的各种损耗，能量不会凭空消失，损失的能量最终会通过转变为热量被消耗掉，损耗越大发热量也随之越大。在MOSFET开启的过程中随着

yoxrmvsej11640357306.jpg

下降，

b352nhtthkz640357406.jpg

逐渐升高，而电压与电流存在交叠的区域，该区域将产生损耗。当MOSFET完全导通时，

zyxqles24au640357507.jpg

不等于0，这是由于MOSFET的漏源两端存在导通电阻，因此产生压降。该电阻与导通时流过的电流产生损耗。MOSFET关断的过程与其开启过程相似，所以MOSFET关断过程也将产生损耗。除了MOSFET开关产生的损耗外，在三相交流电机控制系统中MOSFET续流二极管中也存在压降损耗。因此MOSFET的主要损耗来源有以下五种：导通损耗、开关损耗、续流损耗、断态损耗、驱动损耗。而对温度影响比较大的主要为导通损耗和开关损耗，因此进行简单估算时暂且也先从这两个损耗入手。

5a5ukldgih3640357607.png

MOSFET损耗
导通损耗：

vzfiwyfkquh640357707.jpg

其中

sjbmgumnunq640357807.jpg

为MOS管漏极电流，

xekvnvvg2kj640357907.jpg

为MOS管T漏源极导通电阻，D为占空比。
以下以华轩阳的HXY80N06D为例来进行说明，下图是其在管芯25℃和150℃下的漏极电流与漏源电压的关系：

30gsnyywdps640358007.png

从图中可以看出，当

bqcyvpghcr3640358107.jpg

比较小时，

与

的关系是非线性的；当

在10V时，

与

几乎是线性关系，且温度越高此线性关系越明显。由此可以推算出在给定的驱动电压下，管芯在特定温度时MOS管的导通电阻大小。

e14t1nn4tth640358207.png

同样数据手册中也有典型值与最大值可查。
而导通电阻不仅与栅源电压有关，与MOS管温度也相关，以下为导通电阻与管温关系图。根据下图数据可以拟合得到不同管芯温度对应的导通电阻。

bv3af1w4pfe640358307.png

这个图中纵轴并不是导通电阻 $$R_{DS(ON)}$$的值，而是一个系数。假定系数为k，随着温度上升，比如说到100℃时，此时k=1.5，那么在100℃时，

bnvjqscc0wo640358407.jpg

。在计算导通损耗时，假定温度条件后也需要乘以这个系数。
开关损耗：
如果MOSFET开关频率很快，电压电流变化波动较为剧烈，进而产生较大损耗。相比于导通损耗，开关损耗较为严重。

5z5vtqinsks640358507.png

开通过程、关断过程及其中间过程均会产生损耗，但是这次不进行详解，为了简化，有了以下方程：

p2ccyp3zeyp640358607.jpg

其中，

hc4w3icymqf640358708.jpg

为MOS管关断时漏极承受电压；

3p33p5v4iiq640358808.jpg

为MOS管导通电流；

ucqjggepauc640358908.jpg

和

d11gfmio5iq640359008.jpg

为开通、关断的时间，这个值可以在数据手册中查找到；f为开关频率。
开通关断时间：

z2ki5attztw640359108.png

有了以上两个损耗功率，我们可以粗略计算出总的损耗功率

ssswqcty0md640359208.jpg

。接下来在回到数据手册，我们还需要MOS管的热阻。热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位是℃/W或者是K/W。半导体散热的三个途径，封装顶部到空气，封装底部到电路板，封装引脚到电路板。

其中

为结到壳之间的热阻，

为外壳到散热片的热阻，

为结在静止空气条件下对环境的热阻,是半导体封装最常见的热参数。即功率每上升1W，对应的温升。
使用公式

即可计算出MOS的结温。假设

最终计算值为30W，由上表可知

。公式中

为结温，

为环境温度，假设为35℃。讲这些参数带入上式可得，                                                            



数据手册中结温最高为175℃，则在计算后可知仅凭空气散热即可使盖MOS管正常工作。

欢迎转发分享给需要的好友！

微信号：zls_it
扫描下方二维码添加充电站小助手微信，可以加入微信交流群
群内每天分享一些大厂的经典C语言语、C++面试题及知识点解析、技术话题分
享，易混淆的概念答疑等，等你来GET!!!