Точки выбора MOSFET

ВыборМОП-транзисторочень важно, неправильный выбор может повлиять на энергопотребление всей схемы. Освоение нюансов различных компонентов и параметров MOSFET в разных схемах переключения может помочь инженерам избежать множества проблем. Ниже приведены некоторые рекомендации Гуанхуа Вейе. для выбора МОП-транзисторов.

Во-первых, P-канал и N-канал.

Первым шагом является определение использования N-канальных или P-канальных МОП-транзисторов. в силовых приложениях, когда МОП-транзистор заземлен, а нагрузка подключена к магистральному напряжению,МОП-транзисторпредставляет собой боковой переключатель низкого напряжения. При переключении на стороне низкого напряжения обычно используются N-канальные МОП-транзисторы, что учитывает напряжение, необходимое для выключения или включения устройства. Когда МОП-транзистор подключен к шине и заземлению нагрузки, используется переключатель на стороне высокого напряжения. Обычно используются P-канальные МОП-транзисторы из соображений управления напряжением. Чтобы выбрать правильные компоненты для приложения, важно определить напряжение, необходимое для управления устройством, и насколько легко его реализовать в конструкции. Следующим шагом является определение требуемого номинального напряжения или максимального напряжения, которое может выдерживать компонент. Чем выше номинальное напряжение, тем выше стоимость устройства. На практике номинальное напряжение должно быть выше напряжения магистрали или шины. Это обеспечит достаточную защиту, чтобы МОП-транзистор не вышел из строя. При выборе МОП-транзистора важно определить максимальное напряжение, которое может выдержать переход от стока к истоку, т. е. максимальное значение VDS, поэтому важно знать, что максимальное напряжение, которое может выдержать МОП-транзистор, меняется в зависимости от температуры. Конструкторам необходимо протестировать диапазон напряжений во всем диапазоне рабочих температур. Номинальное напряжение должно иметь достаточный запас, чтобы покрыть этот диапазон, чтобы гарантировать, что схема не выйдет из строя. Кроме того, необходимо учитывать и другие факторы безопасности, связанные с переходными процессами наведенного напряжения.

Во-вторых, определите текущий рейтинг

Номинальный ток MOSFET зависит от структуры схемы. Номинальный ток — это максимальный ток, который нагрузка может выдержать при любых обстоятельствах. Как и в случае с напряжением, разработчику необходимо убедиться, что выбранный МОП-транзистор способен выдерживать этот номинальный ток, даже когда система генерирует пиковый ток. Два текущих сценария, которые следует рассмотреть, — это непрерывный режим и импульсные всплески. МОП-транзистор находится в устойчивом состоянии в режиме непрерывной проводимости, когда ток непрерывно проходит через устройство. Импульсные всплески относятся к большому количеству скачков тока (или всплесков тока), протекающих через устройство, и в этом случае, как только максимальный ток определен, остается просто выбрать устройство, способное выдержать этот максимальный ток.

После выбора номинального тока также рассчитываются потери проводимости. В конкретных случаяхМОП-транзисторне являются идеальными компонентами из-за электрических потерь, возникающих во время процесса проводимости, так называемых потерь проводимости. Во включенном состоянии МОП-транзистор действует как переменный резистор, значение которого определяется RDS(ON) устройства и значительно изменяется в зависимости от температуры. Потери мощности устройства можно рассчитать по формуле Iload2 x RDS(ON), а поскольку сопротивление в открытом состоянии меняется в зависимости от температуры, потери мощности изменяются пропорционально. Чем выше напряжение VGS, приложенное к MOSFET, тем ниже RDS(ON); и наоборот, чем выше RDS(ON). Для проектировщика системы именно здесь вступают в игру компромиссы в зависимости от напряжения системы. Для портативных конструкций более низкие напряжения проще (и более распространены), тогда как для промышленных конструкций можно использовать более высокие напряжения. Обратите внимание, что сопротивление RDS(ON) немного увеличивается с увеличением тока.

Технология оказывает огромное влияние на характеристики компонентов, а некоторые технологии имеют тенденцию приводить к увеличению RDS(ON) при увеличении максимального VDS. Для таких технологий требуется увеличение размера пластины, если необходимо снизить VDS и RDS(ON), что приводит к увеличению размера корпуса и соответствующей стоимости разработки. В отрасли существует ряд технологий, которые пытаются контролировать увеличение размера пластин, наиболее важными из которых являются технологии траншеи и баланса заряда. В траншейной технологии в пластину встроена глубокая траншея, обычно предназначенная для низких напряжений, чтобы уменьшить сопротивление RDS(ON) в открытом состоянии.

III. Определить требования к отводу тепла

Следующим шагом является расчет тепловых требований системы. Необходимо рассмотреть два различных сценария: наихудший и реальный. TPV рекомендует рассчитывать результаты для наихудшего сценария, так как такой расчет обеспечивает больший запас прочности и гарантирует, что система не выйдет из строя.

IV. Переключение производительности

Наконец, коммутационная способность МОП-транзистора. Существует множество параметров, влияющих на эффективность переключения, наиболее важными из них являются емкость затвор/сток, затвор/исток и емкость сток/исток. Эти емкости образуют коммутационные потери в компоненте из-за необходимости заряжать их при каждом переключении. В результате снижается скорость переключения МОП-транзистора и снижается эффективность устройства. Чтобы рассчитать общие потери в устройстве при переключении, проектировщику необходимо рассчитать потери при включении (Eon) и потери при выключении (Eoff). Это можно выразить следующим уравнением: Psw = (Eon + Eoff) x частота переключения. А заряд затвора (Qgd) оказывает наибольшее влияние на производительность переключения.