Выбор переключающей трубки и принципиальные схемы корпуса MOSFET

Первым шагом является выборМОП-транзисторы, которые бывают двух основных типов: N-канальные и P-канальные. В энергосистемах МОП-транзисторы можно рассматривать как электрические переключатели. Когда между затвором и истоком N-канального МОП-транзистора добавляется положительное напряжение, его переключатель проводит ток. Во время проводимости ток может течь через переключатель от стока к истоку. Между стоком и истоком существует внутреннее сопротивление, называемое сопротивлением открытого состояния RDS(ON). Должно быть понятно, что затвор МОП-транзистора представляет собой вывод с высоким импедансом, поэтому к затвору всегда добавляется напряжение. Это сопротивление относительно земли, к которому подключен затвор на принципиальной схеме, представленной позже. Если ворота оставить подвешенными, устройство не будет работать должным образом и может включиться или выключиться в неподходящий момент, что приведет к потенциальной потере мощности в системе. Когда напряжение между истоком и затвором становится равным нулю, переключатель выключается и ток перестает течь через устройство. Хотя в этот момент устройство выключено, небольшой ток все еще присутствует, который называется током утечки или IDSS.

Шаг 1. Выберите N-канал или P-канал.

Первым шагом при выборе правильного устройства для конструкции является принятие решения о том, использовать ли N-канальный или P-канальный МОП-транзистор. в типичном силовом приложении, когда МОП-транзистор заземлен, а нагрузка подключена к магистральному напряжению, этот МОП-транзистор представляет собой переключатель на стороне низкого напряжения. В переключателе на стороне низкого напряжения N-канальныйМОП-транзисторследует использовать с учетом напряжения, необходимого для выключения или включения устройства. Когда МОП-транзистор подключен к шине и нагрузка заземлена, необходимо использовать переключатель на стороне высокого напряжения. В этой топологии обычно используется P-канальный МОП-транзистор, опять же из соображений управления напряжением.

Шаг 2: Определите текущий рейтинг

Вторым шагом является выбор текущего номинала MOSFET. В зависимости от структуры схемы этот номинальный ток должен быть максимальным током, который нагрузка может выдержать при любых обстоятельствах. Как и в случае с напряжением, разработчик должен убедиться, что выбранный МОП-транзистор может выдерживать этот номинальный ток, даже когда система генерирует пиковые токи. В настоящее время рассматриваются два случая: непрерывный режим и импульсные всплески. Этот параметр основан на ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИСТКЕ трубки FDN304P в качестве справочной информации, а параметры показаны на рисунке:

В режиме непрерывной проводимости МОП-транзистор находится в устойчивом состоянии, когда через устройство непрерывно течет ток. Скачки импульса возникают, когда через устройство протекает большой импульс (или пиковый ток). После того как максимальный ток в этих условиях определен, остается просто выбрать устройство, способное выдержать этот максимальный ток.

После выбора номинального тока необходимо также рассчитать потери проводимости. На практикеМОП-транзисторэто не идеальное устройство, потому что в процессе проводимости будут потери мощности, которые называются потерями проводимости. МОП-транзистор во включенном состоянии имеет переменное сопротивление, определяемое РДС устройства (ВКЛ), а также при значительных изменениях температуры. Рассеиваемую мощность устройства можно рассчитать по формуле Iload2 x RDS(ON), а поскольку сопротивление в открытом состоянии меняется в зависимости от температуры, рассеиваемая мощность изменяется пропорционально. Чем выше напряжение VGS, приложенное к MOSFET, тем меньше будет RDS(ON); и наоборот, тем выше будет RDS(ON). Для проектировщика системы именно здесь вступают в игру компромиссы в зависимости от напряжения системы. Для портативных конструкций проще (и более распространено) использовать более низкие напряжения, тогда как для промышленных конструкций можно использовать более высокие напряжения. Обратите внимание, что сопротивление RDS(ON) немного увеличивается с увеличением тока. Вариации различных электрических параметров резистора RDS(ON) можно найти в технических данных, предоставленных производителем.

Шаг 3: Определите температурные требования

Следующим шагом при выборе МОП-транзистора является расчет тепловых требований системы. Проектировщик должен рассмотреть два разных сценария: наихудший и истинный. Рекомендуется производить расчет для наихудшего сценария, поскольку такой результат обеспечивает больший запас прочности и гарантирует, что система не выйдет из строя. Есть также некоторые измерения, о которых следует знать в таблице данных MOSFET; такие как тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом корпусного устройства и окружающей средой, а также максимальная температура перехода.

Температура перехода устройства равна максимальной температуре окружающей среды плюс произведение термического сопротивления и рассеиваемой мощности (температура перехода = максимальная температура окружающей среды + [тепловое сопротивление × рассеиваемая мощность]). Из этого уравнения можно определить максимальную рассеиваемую мощность системы, которая по определению равна I2 x RDS(ON). Поскольку персонал определил максимальный ток, который пройдет через устройство, RDS(ON) можно рассчитать для разных температур. Важно отметить, что при работе с простыми тепловыми моделями разработчик должен также учитывать теплоемкость полупроводникового перехода/корпуса устройства и корпуса/окружающей среды; т.е. требуется, чтобы печатная плата и корпус не нагревались сразу.

Обычно в PMOSFET присутствует паразитный диод, функция диода заключается в предотвращении обратного соединения исток-сток. Для PMOS преимущество перед NMOS заключается в том, что его напряжение включения может быть равно 0, а разница напряжений между Напряжение DS невелико, в то время как состояние NMOS требует, чтобы VGS было больше порога, что приведет к тому, что управляющее напряжение неизбежно превысит требуемое напряжение, и возникнут лишние хлопоты. PMOS выбран в качестве переключателя управления для следующих двух приложений:

Температура перехода устройства равна максимальной температуре окружающей среды плюс произведение термического сопротивления и рассеиваемой мощности (температура перехода = максимальная температура окружающей среды + [тепловое сопротивление × рассеиваемая мощность]). Из этого уравнения можно определить максимальную рассеиваемую мощность системы, которая по определению равна I2 x RDS(ON). Поскольку разработчик определил максимальный ток, который пройдет через устройство, RDS(ON) можно рассчитать для разных температур. Важно отметить, что при работе с простыми тепловыми моделями разработчик должен также учитывать теплоемкость полупроводникового перехода/корпуса устройства и корпуса/окружающей среды; т.е. требуется, чтобы печатная плата и корпус не нагревались сразу.

Глядя на эту схему, сигнал управления PGC контролирует, подает ли V4.2 питание на P_GPRS. В этой схеме клеммы истока и стока не подключены в обратном направлении, R110 и R113 существуют в том смысле, что R110 управляет током затвора не слишком большим, R113 управляет нормальным затвором, R113 подтягивается к высокому уровню, как у PMOS. , но также можно рассматривать как подтягивание управляющего сигнала, когда внутренние контакты MCU и подтягивание, то есть выход с открытым стоком, когда выход с открытым стоком, и Невозможно отключить PMOS, в это время необходимо подать подтягивающее внешнее напряжение, поэтому резистор R113 играет две роли. Для подтягивания потребуется внешнее напряжение, поэтому резистор R113 играет две роли. r110 можно и поменьше, можно и до 100 Ом.