MOS管在元器件应用中如何正确添加散热片

简介：
本文探讨了在使用金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS管）时，为确保其高效运行并延长使用寿命，如何恰当安装散热片以降低工作温度的方法和注意事项。 在电子电路设计过程中，电磁兼容性（EMC）问题是一个重要的考虑因素。当使用MOS管并需要添加散热片来帮助散热的时候，可能会遇到一个棘手的问题：为了满足EMC标准的要求，在某些情况下必须将散热片接地；而在不接地的情况下，则可能导致无法通过EMC测试。 简单来说，从传导的角度来看，如果给开关辐射提供了一条额外的路径让其传导至大地回路的话，可以减少沿传输线传播的能量。这样不仅可以增加能量散射的途径，还能在一定程度上屏蔽外部干扰对电路的影响，在PCB布局时通常会利用大电解电容作为屏蔽手段，并将IC置于该电容下方以降低潜在干扰。 另一方面，从辐射角度来看，未接地的散热片不仅不能提供任何好处，反而可能成为一个新的电磁发射源。这会对EMC性能造成负面影响。然而，如果散热片被正确地连接到地面，则能够有效减少这种不良影响的发生，并有助于提高整个系统的抗干扰能力。 共模干扰是由于骚扰电流在电源线（L、N）中同时流动而产生的现象。当MOS管的散热片没有接地时，它会与寄生电容一起形成一个额外的能量传导通道，增加EMC测试失败的风险。如果将这些部件连接到地，则可以降低这种风险。 此外，在开关模式电源设计过程中，MOS管的操作会产生瞬态电压和电流波动的问题。例如，在MOS管从导通状态切换至关闭状态时，变压器的分布电感能量会与外部电容（C1）发生振荡作用，导致在集电极-发射极之间形成浪涌电压。这种情况下产生的脉冲串电流通过集电极到散热器之间的耦合电容以及变压器的分布电容返回至交流线路中，从而产生共模骚扰。 为了改善这种情况并优化EMC性能，设计者可以采取以下措施： 1. 减少MOS管与散热片之间存在的寄生电容。这可以通过使用低介电常数材料来制造垫圈，并增加其厚度或采用静电屏蔽技术，在集电极和散热器之间的位置放置一层铜箔作为屏蔽层并接地。 2. 将共模干扰转化为差模干扰，使骚扰电流不通过线路感应网络（LISN），而是直接返回到电源。 综上所述，正确处理MOS管的散热片接地问题，并结合合理的PCB布局和设计策略是提高电路EMC性能的关键。在实际应用中，工程师需要全面理解这些原理并根据具体情况灵活运用，以实现最佳的设计效果。