Вибір комутаційної трубки корпусу MOSFET і принципові схеми

Перший крок - зробити вибірMOSFET, які бувають двох основних типів: N-канальний і P-канальний. У системах живлення MOSFET можна розглядати як електричні перемикачі. Коли між затвором і витоком N-канального MOSFET додається позитивна напруга, його перемикач починає працювати. Під час провідності струм може протікати через перемикач від стоку до джерела. Між стоком і джерелом існує внутрішній опір, який називається опором увімкнення RDS(ON). Має бути зрозуміло, що затвор МОП-транзистора є клемою з високим опором, тому до затвора завжди додається напруга. Це опір землі, до якого підключено затвор на схемі, наведеній нижче. Якщо ворота залишаються звисати, пристрій не працюватиме належним чином і може вмикатися або вимикатися в невідповідний момент, що призведе до потенційної втрати електроенергії в системі. Коли напруга між джерелом і затвором дорівнює нулю, перемикач вимикається, і струм припиняє проходити через пристрій. Незважаючи на те, що в цей момент пристрій вимкнено, все ще присутній невеликий струм, який називається струмом витоку або IDSS.

Крок 1: Виберіть N-канал або P-канал

Першим кроком у виборі правильного пристрою для конструкції є рішення про використання N-канального або P-канального MOSFET. у типовій системі живлення, коли МОП-транзистор заземлений і навантаження підключено до магістральної напруги, цей МОП-транзистор є бічним перемикачем низької напруги. У бічному перемикачі низької напруги N-каналMOSFETслід використовувати через розгляд напруги, необхідної для вимкнення або ввімкнення пристрою. Коли MOSFET підключений до шини і навантаження заземлено, слід використовувати високовольтний бічний перемикач. У цій топології зазвичай використовується P-канальний MOSFET, знову ж таки з міркувань приводу напруги.

Крок 2: Визначте поточний рейтинг

Другим кроком є ​​вибір номіналу струму MOSFET. Залежно від структури схеми цей номінальний струм має бути максимальним струмом, який може витримати навантаження за будь-яких обставин. Подібно до випадку напруги, розробник повинен переконатися, що вибраний MOSFET може витримувати цей номінальний струм, навіть коли система генерує імпульсні струми. Розглянуто два поточних випадки: безперервний режим і стрибки імпульсу. Цей параметр базується на ТЕХНІЧНОМУ ТЕХНІЧНОМУ ТЕХНІЧНОМУ трубі FDN304P як довідковому матеріалі, і параметри показані на малюнку:

У режимі безперервної провідності MOSFET перебуває в усталеному стані, коли струм постійно протікає через пристрій. Стрибки імпульсу виникають, коли через пристрій протікає великий імпульс (або імпульсний струм). Коли максимальний струм за цих умов визначено, залишається просто вибрати пристрій, який може витримати цей максимальний струм.

Після вибору номінального струму необхідно також розрахувати втрати провідності. На практиціMOSFETне є ідеальним пристроєм, оскільки в процесі провідності буде втрата потужності, яка називається втратою провідності. MOSFET у «ввімкненому стані» нагадує змінний опір, що визначається RDS пристрою (ON), а також з температурою і значними змінами. Потужність, що розсіюється пристроєм, можна розрахувати за формулою Iload2 x RDS(ON), і оскільки опір увімкнення змінюється залежно від температури, розсіювана потужність змінюється пропорційно. Чим вище напруга VGS, прикладена до MOSFET, тим меншим буде RDS(ON); і навпаки, тим вищим буде RDS(ON). Для розробника системи саме тут вступають у гру компроміси залежно від напруги системи. Для портативних конструкцій простіше (і частіше) використовувати нижчі напруги, тоді як для промислових конструкцій можна використовувати вищі напруги. Зауважте, що опір RDS(ON) дещо зростає зі струмом. Варіанти різних електричних параметрів резистора RDS(ON) можна знайти в технічному паспорті, що надається виробником.

Крок 3: Визначення теплових вимог

Наступним кроком у виборі MOSFET є розрахунок теплових вимог системи. Розробник повинен розглянути два різні сценарії: найгірший і реальний випадок. Рекомендується розрахунок для найгіршого сценарію, оскільки цей результат забезпечує більший запас надійності та гарантує, що система не вийде з ладу. Є також деякі вимірювання, про які слід знати в аркуші даних MOSFET; наприклад термічний опір між напівпровідниковим з’єднанням упакованого пристрою та навколишнім середовищем, а також максимальна температура з’єднання.

Температура з’єднання пристрою дорівнює максимальній температурі навколишнього середовища плюс добуток термічного опору та розсіюваної потужності (температура з’єднання = максимальна температура навколишнього середовища + [термічний опір × розсіювана потужність]). З цього рівняння можна розв’язати максимальну розсіювану потужність системи, яка за визначенням дорівнює I2 x RDS(ON). Оскільки персонал визначив максимальний струм, який проходитиме через пристрій, RDS(ON) можна розрахувати для різних температур. Важливо відзначити, що, маючи справу з простими тепловими моделями, розробник також повинен враховувати теплоємність напівпровідникового переходу/корпуса пристрою та корпусу/оточення; тобто потрібно, щоб друкована плата і упаковка не нагрівалися відразу.

Зазвичай у PMOSFET буде присутній паразитний діод, функція діода полягає в запобіганні зворотному з’єднанню джерело-сток. Для PMOS перевага перед NMOS полягає в тому, що його напруга ввімкнення може бути 0, а різниця напруг між Напруга DS невелика, тоді як умова NMOS вимагає, щоб VGS був більшим за порогове значення, що призведе до того, що керуюча напруга неминуче буде більшою за необхідну напругу, і будуть непотрібні клопоти. PMOS вибрано як перемикач керування для наступних двох програм:

Температура з’єднання пристрою дорівнює максимальній температурі навколишнього середовища плюс добуток термічного опору та розсіюваної потужності (температура з’єднання = максимальна температура навколишнього середовища + [термічний опір × розсіювана потужність]). З цього рівняння можна розв’язати максимальну розсіювану потужність системи, яка за визначенням дорівнює I2 x RDS(ON). Оскільки розробник визначив максимальний струм, який буде проходити через пристрій, RDS(ON) можна розрахувати для різних температур. Важливо відзначити, що, маючи справу з простими тепловими моделями, розробник також повинен враховувати теплоємність напівпровідникового переходу/корпуса пристрою та корпусу/оточення; тобто потрібно, щоб друкована плата і упаковка не нагрівалися відразу.

Зазвичай у PMOSFET буде присутній паразитний діод, функція діода полягає в запобіганні зворотному з’єднанню джерело-сток. Для PMOS перевага перед NMOS полягає в тому, що його напруга ввімкнення може бути 0, а різниця напруг між Напруга DS невелика, тоді як умова NMOS вимагає, щоб VGS був більшим за порогове значення, що призведе до того, що керуюча напруга неминуче буде більшою за необхідну напругу, і будуть непотрібні клопоти. PMOS вибрано як перемикач керування для наступних двох програм:

Дивлячись на цю схему, керуючий сигнал PGC контролює, чи подає V4.2 живлення на P_GPRS. Ця схема, клеми джерела та стоку не підключені до реверсу, R110 і R113 існують у тому сенсі, що R110 керуючий струм затвора не надто великий, R113 контролює ворота нормального, R113 підтягує до високого, як у PMOS , але також можна розглядати як підтягування керуючого сигналу, коли внутрішні штифти MCU та підтягування, тобто вихід відкритого стоку, коли вихід є відкритим стоком і не може вимкнути PMOS, у цей час необхідно, щоб зовнішня напруга була підтягнута, тому резистор R113 відіграє дві ролі. Для підтягування знадобиться зовнішня напруга, тому резистор R113 виконує дві ролі. r110 може бути менше, до 100 Ом також може.