Výber spínacej trubice balíka MOSFET a schémy obvodov

Prvým krokom je výberMOSFETy, ktoré sa dodávajú v dvoch hlavných typoch: N-kanál a P-kanál. V energetických systémoch možno MOSFETy považovať za elektrické spínače. Keď sa medzi bránu a zdroj N-kanálového MOSFETu pridá kladné napätie, jeho spínač vedie. Počas vedenia môže prúd prechádzať spínačom z odtoku do zdroja. Medzi odtokom a zdrojom existuje vnútorný odpor nazývaný odpor RDS(ON). Musí byť jasné, že hradlo MOSFETu je vysokoimpedančný terminál, takže k hradlu sa vždy pridáva napätie. Toto je odpor voči zemi, ku ktorému je brána pripojená v schéme zapojenia uvedenej neskôr. Ak brána zostane visieť, zariadenie nebude fungovať podľa návrhu a môže sa zapnúť alebo vypnúť v nevhodných okamihoch, čo môže mať za následok potenciálnu stratu energie v systéme. Keď je napätie medzi zdrojom a hradlom nulové, spínač sa vypne a zariadením prestane prechádzať prúd. Aj keď je zariadenie v tomto bode vypnuté, stále je prítomný malý prúd, ktorý sa nazýva zvodový prúd alebo IDSS.

Krok 1: Vyberte N-kanál alebo P-kanál

Prvým krokom pri výbere správneho zariadenia pre návrh je rozhodnúť sa, či použijete N-kanálový alebo P-kanálový MOSFET. v typickej napájacej aplikácii, keď je MOSFET uzemnený a záťaž je pripojená k hlavnému napätiu, tento MOSFET predstavuje nízkonapäťový bočný spínač. V nízkonapäťovom bočnom spínači N-kanálMOSFETby sa mal použiť vzhľadom na napätie potrebné na vypnutie alebo zapnutie zariadenia. Keď je MOSFET pripojený k zbernici a záťaž je uzemnená, použije sa vysokonapäťový bočný spínač. V tejto topológii sa zvyčajne používa P-kanálový MOSFET, opäť pre úvahy o napäťovom pohone.

Krok 2: Určite aktuálne hodnotenie

Druhým krokom je výber aktuálneho hodnotenia MOSFET. V závislosti od štruktúry obvodu by toto prúdové hodnotenie malo byť maximálnym prúdom, ktorý záťaž vydrží za každých okolností. Podobne ako v prípade napätia musí konštruktér zabezpečiť, aby vybraný MOSFET vydržal toto prúdové hodnotenie, aj keď systém generuje špičkové prúdy. Dva aktuálne zvažované prípady sú kontinuálny režim a pulzné špičky. Tento parameter je založený na referenčnom DATASHEET skúmavky FDN304P a parametre sú zobrazené na obrázku:

V režime nepretržitého vedenia je MOSFET v ustálenom stave, keď cez zariadenie nepretržite preteká prúd. K impulzným špičkám dochádza vtedy, keď zariadením preteká veľké množstvo rázov (alebo rázového prúdu). Po určení maximálneho prúdu za týchto podmienok je jednoducho otázkou priameho výberu zariadenia, ktoré tento maximálny prúd vydrží.

Po výbere menovitého prúdu musíte vypočítať aj stratu vedenia. V praxi jeMOSFETnie je ideálnym zariadením, pretože vo vodivom procese dôjde k strate výkonu, ktorá sa nazýva strata vedenia. MOSFET v "zapnutom" ako premenlivý odpor, určený RDS zariadenia (ON), a s teplotou a výraznými zmenami. Stratový výkon zariadenia možno vypočítať z Iload2 x RDS(ON), a keďže odpor pri zapnutí sa mení s teplotou, strata výkonu sa mení proporcionálne. Čím vyššie je napätie VGS aplikované na MOSFET, tým menšie bude RDS(ON); naopak, čím vyššia bude RDS(ON). Pre dizajnéra systému to je miesto, kde prichádzajú do hry kompromisy v závislosti od napätia systému. Pre prenosné konštrukcie je jednoduchšie (a bežnejšie) použiť nižšie napätie, zatiaľ čo pre priemyselné konštrukcie je možné použiť vyššie napätie. Všimnite si, že odpor RDS(ON) s prúdom mierne stúpa. Odchýlky v rôznych elektrických parametroch odporu RDS(ON) nájdete v technickom liste dodávanom výrobcom.

Krok 3: Stanovte si tepelné požiadavky

Ďalším krokom pri výbere MOSFET je výpočet tepelných požiadaviek systému. Dizajnér musí zvážiť dva rôzne scenáre, najhorší prípad a skutočný prípad. Odporúča sa výpočet pre najhorší možný scenár, pretože tento výsledok poskytuje väčšiu mieru bezpečnosti a zaisťuje, že systém nezlyhá. V údajovom liste MOSFET je potrebné poznať aj niektoré merania; ako je tepelný odpor medzi polovodičovým spojom zabaleného zariadenia a prostredím a maximálna teplota spoja.

Teplota spoja zariadenia sa rovná maximálnej teplote okolia plus súčinu tepelného odporu a straty výkonu (teplota spoja = maximálna teplota okolia + [tepelný odpor × strata výkonu]). Z tejto rovnice možno vyriešiť maximálnu stratu výkonu systému, ktorá sa podľa definície rovná I2 x RDS(ON). Keďže personál určil maximálny prúd, ktorý prejde zariadením, RDS(ON) možno vypočítať pre rôzne teploty. Je dôležité poznamenať, že pri práci s jednoduchými tepelnými modelmi musí projektant zvážiť aj tepelnú kapacitu polovodičového prechodu/skriňa zariadenia a skrine/prostredia; tj je potrebné, aby sa doska plošných spojov a obal ihneď nezohrievali.

Zvyčajne, PMOSFET, tam bude prítomná parazitná dióda, funkcia diódy je zabrániť spätnému spojeniu zdroj-odvod, pre PMOS je výhodou oproti NMOS, že jej zapínacie napätie môže byť 0 a rozdiel napätia medzi Napätie DS nie je veľa, zatiaľ čo stav NMOS vyžaduje, aby VGS bolo väčšie ako prahová hodnota, čo povedie k tomu, že riadiace napätie bude nevyhnutne väčšie ako požadované napätie a dôjde k zbytočným problémom. PMOS je zvolený ako ovládací spínač pre nasledujúce dve aplikácie:

Teplota spoja zariadenia sa rovná maximálnej teplote okolia plus súčinu tepelného odporu a straty výkonu (teplota spoja = maximálna teplota okolia + [tepelný odpor × strata výkonu]). Z tejto rovnice možno vyriešiť maximálnu stratu výkonu systému, ktorá sa podľa definície rovná I2 x RDS(ON). Keďže konštruktér určil maximálny prúd, ktorý prejde zariadením, RDS(ON) možno vypočítať pre rôzne teploty. Je dôležité poznamenať, že pri práci s jednoduchými tepelnými modelmi musí projektant zvážiť aj tepelnú kapacitu polovodičového prechodu/skriňa zariadenia a skrine/prostredia; tj je potrebné, aby sa doska plošných spojov a obal ihneď nezohrievali.

Zvyčajne, PMOSFET, tam bude prítomná parazitná dióda, funkcia diódy je zabrániť spätnému spojeniu zdroj-odvod, pre PMOS je výhodou oproti NMOS, že jej zapínacie napätie môže byť 0 a rozdiel napätia medzi Napätie DS nie je veľa, zatiaľ čo stav NMOS vyžaduje, aby VGS bolo väčšie ako prahová hodnota, čo povedie k tomu, že riadiace napätie bude nevyhnutne väčšie ako požadované napätie a dôjde k zbytočným problémom. PMOS je zvolený ako ovládací spínač pre nasledujúce dve aplikácie:

Pri pohľade na tento obvod riadiaci signál PGC riadi, či V4.2 dodáva energiu do P_GPRS alebo nie. Tento obvod, zdroj a odtokové svorky nie sú pripojené k spätnému chodu, R110 a R113 existujú v tom zmysle, že R110 riadi hradlový prúd nie je príliš veľký, R113 riadi hradlo normálneho, R113 ťahanie na vysoké, od PMOS , ale tiež môže byť videný ako pull-up na riadiacom signáli, keď MCU interné kolíky a pull-up, to znamená, že výstup open-drain, keď je výstup open-drain, a môže nevypínať PMOS, v tomto momente je potrebné externé napätie dané pull-up, takže rezistor R113 hrá dve úlohy. Na vytiahnutie bude potrebovať externé napätie, takže rezistor R113 hrá dve úlohy. r110 môže byť menší až do 100 ohmov.