Výběr spínacích trubic a schémat zapojení sady MOSFET

Prvním krokem je provést výběrMOSFETy, které se dodávají ve dvou hlavních typech: N-kanál a P-kanál. V energetických systémech lze MOSFETy považovat za elektrické spínače. Když je mezi hradlem a zdrojem N-kanálového MOSFETu přidáno kladné napětí, jeho spínač vede. Během vedení může proud protékat spínačem ze svodu do zdroje. Mezi kolektorem a zdrojem existuje vnitřní odpor nazývaný on-resistance RDS(ON). Musí být jasné, že hradlo MOSFETu je vysokoimpedanční terminál, takže k hradlu je vždy přidáno napětí. Toto je odpor vůči zemi, ke kterému je brána připojena v níže uvedeném schématu zapojení. Pokud brána zůstane viset, zařízení nebude fungovat tak, jak bylo navrženo, a může se zapnout nebo vypnout v nevhodnou chvíli, což může mít za následek potenciální ztrátu napájení v systému. Když je napětí mezi zdrojem a hradlem nulové, spínač se vypne a zařízením přestane protékat proud. Přestože je zařízení v tomto okamžiku vypnuto, stále je přítomen malý proud, který se nazývá svodový proud nebo IDSS.

Krok 1: Vyberte N-kanál nebo P-kanál

Prvním krokem při výběru správného zařízení pro návrh je rozhodnutí, zda použít N-kanálový nebo P-kanálový MOSFET. v typické energetické aplikaci, když je MOSFET uzemněn a zátěž je připojena k hlavnímu napětí, tento MOSFET tvoří nízkonapěťový boční spínač. V nízkonapěťovém bočním spínači N-kanálMOSFETby měl být použit kvůli zvážení napětí potřebného k vypnutí nebo zapnutí zařízení. Když je MOSFET připojen ke sběrnici a zátěž je uzemněna, je třeba použít vysokonapěťový boční spínač. V této topologii se obvykle používá P-kanálový MOSFET, opět pro úvahy o napěťovém pohonu.

Krok 2: Určete aktuální hodnocení

Druhým krokem je výběr aktuálního hodnocení MOSFETu. V závislosti na struktuře obvodu by tento jmenovitý proud měl být maximální proud, který zátěž za všech okolností vydrží. Podobně jako v případě napětí musí konstruktér zajistit, aby zvolený MOSFET vydržel tento jmenovitý proud, i když systém generuje špičaté proudy. Dva aktuální případy jsou kontinuální režim a pulzní špičky. Tento parametr je založen na referenčním DATASHEETu trubice FDN304P a parametry jsou zobrazeny na obrázku:

V režimu kontinuálního vedení je MOSFET v ustáleném stavu, kdy proud prochází zařízením nepřetržitě. K pulzním špičkám dochází, když zařízením protéká velké množství rázů (nebo špičatých proudů). Jakmile je stanoven maximální proud za těchto podmínek, jde jednoduše o přímý výběr zařízení, které tento maximální proud vydrží.

Po výběru jmenovitého proudu musíte také vypočítat ztrátu vedení. V praxi jeMOSFETnení ideálním zařízením, protože při vodivém procesu dojde ke ztrátě výkonu, která se nazývá ztráta vedení. MOSFET v "zapnuto" jako proměnný odpor, určený RDS zařízení (ON), a s teplotou a významnými změnami. Ztrátový výkon zařízení lze vypočítat z Iload2 x RDS(ON), a protože se odpor při zapnutí mění s teplotou, ztrátový výkon se úměrně mění. Čím vyšší je napětí VGS aplikované na MOSFET, tím menší bude RDS(ON); naopak, čím vyšší bude RDS(ON). Pro návrháře systému zde přicházejí do hry kompromisy v závislosti na napětí systému. Pro přenosná provedení je snazší (a běžnější) použít nižší napětí, zatímco u průmyslových provedení lze použít vyšší napětí. Všimněte si, že odpor RDS(ON) mírně stoupá s proudem. Odchylky různých elektrických parametrů rezistoru RDS(ON) lze nalézt v technickém listu dodávaném výrobcem.

Krok 3: Stanovte tepelné požadavky

Dalším krokem při výběru MOSFETu je výpočet tepelných požadavků systému. Návrhář musí zvážit dva různé scénáře, nejhorší případ a skutečný případ. Výpočet pro nejhorší scénář se doporučuje, protože tento výsledek poskytuje větší bezpečnostní rezervu a zajišťuje, že systém neselže. V datovém listu MOSFET jsou také některá měření, kterých si musíte být vědomi; jako je tepelný odpor mezi polovodičovým přechodem zabaleného zařízení a okolím a maximální teplota přechodu.

Teplota přechodu zařízení je rovna maximální okolní teplotě plus součinu tepelného odporu a ztrátového výkonu (teplota přechodu = maximální teplota okolí + [tepelný odpor × ztrátový výkon]). Z této rovnice lze vyřešit maximální ztrátový výkon systému, který je podle definice roven I2 x RDS(ON). Protože personál určil maximální proud, který projde zařízením, lze RDS(ON) vypočítat pro různé teploty. Je důležité si uvědomit, že když se zabýváme jednoduchými tepelnými modely, musí konstruktér vzít v úvahu také tepelnou kapacitu polovodičového přechodu/skříně zařízení a skříně/prostředí; tj. je nutné, aby se plošný spoj a obal hned nezahřívaly.

Obvykle u PMOSFETu bude přítomna parazitní dioda, funkcí diody je zabránit zpětnému spojení zdroj-odvod, u PMOS je výhoda oproti NMOS, že její spínací napětí může být 0 a rozdíl napětí mezi Napětí DS není mnoho, zatímco NMOS v podmínkách vyžaduje, aby VGS bylo větší než prahová hodnota, což povede k tomu, že řídicí napětí je nevyhnutelně vyšší než požadované napětí a dojde ke zbytečným potížím. PMOS je vybrán jako ovládací spínač pro následující dvě aplikace:

Teplota přechodu zařízení je rovna maximální okolní teplotě plus součinu tepelného odporu a ztrátového výkonu (teplota přechodu = maximální teplota okolí + [tepelný odpor × ztrátový výkon]). Z této rovnice lze vyřešit maximální ztrátový výkon systému, který je podle definice roven I2 x RDS(ON). Protože konstruktér určil maximální proud, který zařízením projde, lze RDS(ON) vypočítat pro různé teploty. Je důležité si uvědomit, že když se zabýváme jednoduchými tepelnými modely, musí konstruktér vzít v úvahu také tepelnou kapacitu polovodičového přechodu/skříně zařízení a skříně/prostředí; tj. je nutné, aby se plošný spoj a obal hned nezahřívaly.

Při pohledu na tento obvod řídící signál PGC řídí, zda V4.2 dodává energii do P_GPRS. Tento obvod, svorky zdroje a odvodu nejsou připojeny ke zpětnému chodu, R110 a R113 existují v tom smyslu, že R110 řídí hradlo proud není příliš velký, R113 ovládá bránu normální, R113 pull-up na vysokou, od PMOS , ale také může být viděn jako pull-up na řídicím signálu, když MCU interní piny a pull-up, to znamená, že výstup open-drain, když je výstup open-drain, a může nevyhánět PMOS, v tuto chvíli je nutné externí napětí dané pull-up, takže rezistor R113 hraje dvě role. K vytažení bude potřebovat externí napětí, takže rezistor R113 hraje dvě role. r110 může být menší, může být také do 100 ohmů.