Výběrové body MOSFET

Výběr zMOSFETje velmi důležité, špatná volba může ovlivnit spotřebu energie celého obvodu, zvládnutí nuancí různých součástí MOSFET a parametrů v různých spínacích obvodech může pomoci inženýrům vyhnout se mnoha problémům, níže jsou některá doporučení Guanhua Weiye pro výběr MOSFETů.

Za prvé, P-kanál a N-kanál

Prvním krokem je určení použití N-kanálových nebo P-kanálových MOSFETů. v napájecích aplikacích, kdy je uzemněn MOSFET a zátěž je připojena k napětí hlavního vedeníMOSFETtvoří nízkonapěťový boční spínač. Při nízkonapěťovém bočním přepínání se obecně používají N-kanálové MOSFETy, což je hledisko pro napětí potřebné k vypnutí nebo zapnutí zařízení. Když je MOSFET připojen ke sběrnici a uzemnění zátěže, použije se vysokonapěťový boční spínač. Obvykle se používají P-kanálové MOSFETy kvůli úvahám o napěťovém pohonu. Pro výběr správných komponent pro danou aplikaci je důležité určit napětí potřebné k pohonu zařízení a jak snadné je implementovat do návrhu. Dalším krokem je určení požadovaného jmenovitého napětí nebo maximálního napětí, které může součást přenést. Čím vyšší je jmenovité napětí, tím vyšší je cena zařízení. V praxi by jmenovité napětí mělo být vyšší než napětí hlavní nebo sběrnice. To poskytne dostatečnou ochranu, aby MOSFET neselhal. Pro výběr MOSFETu je důležité určit maximální napětí, které může odolat od kolektoru ke zdroji, tj. maximální VDS, takže je důležité vědět, že maximální napětí, které MOSFET vydrží, se mění s teplotou. Konstruktéři musí otestovat rozsah napětí v celém rozsahu provozních teplot. Jmenovité napětí musí mít dostatečnou rezervu k pokrytí tohoto rozsahu, aby bylo zajištěno, že obvod neselže. Kromě toho je třeba uvažovat o indukovaných napěťových přechodech další bezpečnostní faktory.

Za druhé, určit aktuální hodnocení

Jmenovitý proud MOSFET závisí na struktuře obvodu. Jmenovitý proud je maximální proud, který zátěž vydrží za všech okolností. Podobně jako v případě napětí se konstruktér musí ujistit, že vybraný MOSFET je schopen přenášet tento jmenovitý proud, i když systém generuje špičkový proud. Dva aktuální scénáře, které je třeba zvážit, jsou kontinuální režim a pulzní špičky. MOSFET je v ustáleném stavu v režimu nepřetržitého vedení, když proud prochází zařízením nepřetržitě. Pulzní špičky označují velký počet rázů (nebo špiček proudu) protékajících zařízením, v takovém případě, jakmile je stanoven maximální proud, jde jednoduše o přímý výběr zařízení, které tento maximální proud vydrží.

Po zvolení jmenovitého proudu se vypočítá i ztráta vedení. V konkrétních případechMOSFETnejsou ideální součástky kvůli elektrickým ztrátám, ke kterým dochází během vodivého procesu, tzv. ztrátám vedením. Když je "zapnuto", MOSFET funguje jako proměnný rezistor, který je určen RDS(ON) zařízení a výrazně se mění s teplotou. Výkonovou ztrátu zařízení lze vypočítat z Iload2 x RDS(ON), a protože se odpor při zapnutí mění s teplotou, výkonová ztráta se úměrně mění. Čím vyšší je napětí VGS aplikované na MOSFET, tím nižší je RDS(ON); naopak, čím vyšší je RDS(ON). Pro návrháře systému zde přicházejí do hry kompromisy v závislosti na napětí systému. U přenosných konstrukcí je jednodušší (a běžnější) nižší napětí, zatímco u průmyslových provedení lze použít vyšší napětí. Všimněte si, že odpor RDS(ON) mírně stoupá s proudem.

Technologie má obrovský dopad na charakteristiky komponent a některé technologie mají tendenci vést ke zvýšení RDS(ON) při zvýšení maximálního VDS. U takových technologií je potřeba zvětšit velikost waferů, pokud mají být VDS a RDS(ON) sníženy, čímž se zvýší velikost balení, která s tím souvisí, a odpovídající náklady na vývoj. V průmyslu existuje řada technologií, které se pokoušejí kontrolovat nárůst velikosti plátků, z nichž nejdůležitější jsou technologie příkopu a vyvažování náboje. V technologii příkopů je do plátku zapuštěn hluboký příkop, obvykle vyhrazený pro nízké napětí, aby se snížil odpor RDS(ON).

III. Určete požadavky na odvod tepla

Dalším krokem je výpočet tepelných požadavků systému. Je třeba zvážit dva různé scénáře, nejhorší případ a skutečný případ. TPV doporučuje vypočítat výsledky pro nejhorší scénář, protože tento výpočet poskytuje větší bezpečnostní rezervu a zajišťuje, že systém neselže.

IV. Spínací výkon

Konečně spínací výkon MOSFETu. Existuje mnoho parametrů, které ovlivňují spínací výkon, z nichž nejdůležitější jsou hradlo/odvod, hradlo/zdroj a kapacita odtoku/zdroje. Tyto kapacity tvoří spínací ztráty v součástce kvůli nutnosti jejich nabíjení při každém sepnutí. V důsledku toho se rychlost spínání MOSFETu snižuje a účinnost zařízení klesá. Pro výpočet celkových ztrát v zařízení při spínání potřebuje konstruktér vypočítat ztráty při zapnutí (Eon) a ztráty při vypnutí (Eoff). To lze vyjádřit následující rovnicí: Psw = (Eon + Eoff) x spínací frekvence. A nabíjení brány (Qgd) má největší vliv na výkon spínání.