Výberové body MOSFET

Výber zMOSFETje veľmi dôležité, zlá voľba môže ovplyvniť spotrebu energie celého obvodu, zvládnuť nuansy rôznych komponentov MOSFET a parametrov v rôznych spínacích obvodoch môže pomôcť inžinierom vyhnúť sa mnohým problémom, nižšie sú niektoré z odporúčaní Guanhua Weiye pre výber MOSFETov.

Najprv P-kanál a N-kanál

Prvým krokom je určiť použitie N-kanálových alebo P-kanálových MOSFETov. v napájacích aplikáciách, keď je uzemnený MOSFET a záťaž je pripojená k hlavnému napätiuMOSFETtvorí nízkonapäťový bočný spínač. Pri nízkonapäťovom bočnom prepínaní sa vo všeobecnosti používajú N-kanálové MOSFETy, čo je ohľad na napätie potrebné na vypnutie alebo zapnutie zariadenia. Keď je MOSFET pripojený na zbernicu a uzemnenie záťaže, použije sa vysokonapäťový bočný spínač. Zvyčajne sa používajú P-kanálové MOSFETy kvôli úvahám o napäťovom pohone. Pre výber správnych komponentov pre danú aplikáciu je dôležité určiť napätie potrebné na pohon zariadenia a ako ľahko sa dá implementovať do návrhu. Ďalším krokom je určenie požadovaného menovitého napätia alebo maximálneho napätia, ktoré môže komponent preniesť. Čím vyššie je napätie, tým vyššie sú náklady na zariadenie. V praxi by menovité napätie malo byť vyššie ako napätie na hlavnej alebo zbernici. To poskytne dostatočnú ochranu, aby MOSFET nezlyhal. Pre výber MOSFET je dôležité určiť maximálne napätie, ktoré môže vydržať od kolektora po zdroj, tj maximálne VDS, takže je dôležité vedieť, že maximálne napätie, ktoré MOSFET vydrží, sa mení s teplotou. Dizajnéri musia otestovať rozsah napätia v celom rozsahu prevádzkových teplôt. Menovité napätie musí mať dostatočnú rezervu na pokrytie tohto rozsahu, aby sa zabezpečilo, že obvod nezlyhá. Okrem toho je potrebné zvážiť ďalšie bezpečnostné faktory indukované prechodové javy napätia.

Po druhé, určite aktuálne hodnotenie

Menovitý prúd MOSFET závisí od štruktúry obvodu. Menovitý prúd je maximálny prúd, ktorý záťaž vydrží za každých okolností. Podobne ako v prípade napätia sa dizajnér musí uistiť, že vybraný MOSFET je schopný prenášať tento menovitý prúd, aj keď systém generuje špičkový prúd. Dva aktuálne scenáre, ktoré je potrebné zvážiť, sú kontinuálny režim a pulzné špičky. MOSFET je v ustálenom stave v režime nepretržitého vedenia, keď prúd prechádza nepretržite zariadením. Impulzné špičky označujú veľký počet prepätí (alebo špičiek prúdu) pretekajúcich zariadením, v takom prípade po určení maximálneho prúdu ide jednoducho o priamy výber zariadenia, ktoré tento maximálny prúd vydrží.

Po výbere menovitého prúdu sa vypočíta aj strata vedenia. V konkrétnych prípadochMOSFETnie sú ideálnymi komponentmi kvôli elektrickým stratám, ktoré sa vyskytujú počas vodivého procesu, takzvané straty vo vedení. Keď je "zapnutý", MOSFET funguje ako premenlivý odpor, ktorý je určený RDS(ON) zariadenia a výrazne sa mení s teplotou. Stratu výkonu zariadenia možno vypočítať z Iload2 x RDS(ON) a keďže odpor pri zapnutí sa mení s teplotou, strata výkonu sa mení úmerne. Čím vyššie je napätie VGS aplikované na MOSFET, tým nižšie je RDS(ON); naopak, čím vyššie je RDS(ON). Pre dizajnéra systému to je miesto, kde prichádzajú do hry kompromisy v závislosti od napätia systému. Pre prenosné konštrukcie sú nižšie napätia jednoduchšie (a bežnejšie), zatiaľ čo pre priemyselné konštrukcie môžu byť použité vyššie napätia. Všimnite si, že odpor RDS(ON) s prúdom mierne stúpa.

Technológia má obrovský vplyv na charakteristiky komponentov a niektoré technológie majú tendenciu viesť k zvýšeniu RDS(ON) pri zvyšovaní maximálneho VDS. Pri takýchto technológiách je potrebné zväčšiť veľkosť plátku, ak sa majú VDS a RDS(ON) zmenšiť, čím sa zvýši veľkosť balenia, ktorá je s tým spojená, a zodpovedajúce náklady na vývoj. V priemysle existuje množstvo technológií, ktoré sa pokúšajú kontrolovať zväčšenie veľkosti plátku, z ktorých najdôležitejšie sú technológie na vyrovnávanie priekopy a náboja. V zákopovej technológii je do plátku zabudovaná hlboká priekopa, zvyčajne vyhradená pre nízke napätie, aby sa znížil odpor RDS(ON).

III. Určite požiadavky na odvod tepla

Ďalším krokom je výpočet tepelných požiadaviek systému. Je potrebné zvážiť dva rôzne scenáre, najhorší prípad a skutočný prípad. TPV odporúča vypočítať výsledky pre najhorší scenár, pretože tento výpočet poskytuje väčšiu mieru bezpečnosti a zaisťuje, že systém nezlyhá.

IV. Výkon prepínania

Nakoniec spínací výkon MOSFET. Existuje mnoho parametrov, ktoré ovplyvňujú výkon spínania, najdôležitejšie sú hradlo/odvod, hradlo/zdroj a kapacita odtoku/zdroja. Tieto kapacity tvoria spínacie straty v komponente v dôsledku potreby ich nabíjania pri každom prepnutí. V dôsledku toho sa rýchlosť spínania MOSFETu znižuje a účinnosť zariadenia klesá. Aby bolo možné vypočítať celkové straty v zariadení pri spínaní, projektant potrebuje vypočítať straty pri zapnutí (Eon) a straty pri vypnutí (Eoff). Dá sa to vyjadriť nasledujúcou rovnicou: Psw = (Eon + Eoff) x spínacia frekvencia. A nabíjanie brány (Qgd) má najväčší vplyv na výkon spínania.