MOSFET csomagkapcsoló cső kiválasztása és áramköri diagramok

Az első lépés a kiválasztásMOSFET-ek, amelyeknek két fő típusa van: N-csatornás és P-csatornás. Az energiaellátó rendszerekben a MOSFET-eket elektromos kapcsolóknak tekinthetjük. Ha pozitív feszültséget adunk az N-csatornás MOSFET kapuja és forrása közé, a kapcsoló vezet. A vezetés során az áram a kapcsolón keresztül áramolhat a lefolyóból a forrásba. A lefolyó és a forrás között belső ellenállás van, az úgynevezett bekapcsolási ellenállás RDS(ON). Világosnak kell lennie, hogy a MOSFET kapuja nagy impedanciájú kapocs, ezért mindig feszültséget adnak a kapuhoz. Ez az az ellenállás a testtel szemben, amelyre a későbbiekben bemutatott kapcsolási rajzon a kapu csatlakozik. Ha a kaput lógva hagyják, az eszköz nem a tervezett módon fog működni, és alkalmatlan pillanatokban be- vagy kikapcsolhat, ami potenciális áramveszteséget okozhat a rendszerben. Ha a forrás és a kapu közötti feszültség nulla, a kapcsoló kikapcsol, és az áram nem folyik át a készüléken. Bár az eszköz ezen a ponton ki van kapcsolva, még mindig van egy kis áram, amelyet szivárgási áramnak vagy IDSS-nek neveznek.

1. lépés: Válassza az N-csatornát vagy a P-csatornát

A tervezéshez megfelelő eszköz kiválasztásának első lépése annak eldöntése, hogy N-csatornás vagy P-csatornás MOSFET-et kíván-e használni. egy tipikus teljesítmény-alkalmazásban, amikor egy MOSFET földelve van, és a terhelés a fővonali feszültségre van csatlakoztatva, ez a MOSFET képezi az alacsony feszültségű oldalkapcsolót. Kisfeszültségű oldalkapcsolóban N-csatornásMOSFETkell használni a készülék kikapcsolásához vagy bekapcsolásához szükséges feszültség figyelembevétele miatt. Ha a MOSFET a buszra csatlakozik és a terhelés földelve van, akkor a nagyfeszültségű oldalkapcsolót kell használni. Ebben a topológiában általában P-csatornás MOSFET-et használnak, ismét a feszültségmeghajtási szempontok miatt.

2. lépés: Határozza meg az aktuális minősítést

A második lépés a MOSFET aktuális minősítésének kiválasztása. Az áramkör felépítésétől függően ez a névleges áram legyen az a maximális áram, amelyet a terhelés minden körülmények között elvisel. A feszültséghez hasonlóan a tervezőnek gondoskodnia kell arról, hogy a kiválasztott MOSFET elbírja ezt a névleges áramerősséget, még akkor is, ha a rendszer tüskeáramot generál. A két jelenlegi eset a folyamatos üzemmód és az impulzuscsúcsok. Ez a paraméter az FDN304P cső adatlapján alapul, mint referencia, és a paraméterek az ábrán láthatók:

Folyamatos vezetési módban a MOSFET állandósult állapotban van, amikor az áram folyamatosan folyik keresztül a készüléken. Az impulzuscsúcsokról akkor beszélünk, amikor nagy mennyiségű túlfeszültség (vagy tüskeáram) folyik át a készüléken. Miután meghatározták a maximális áramerősséget ilyen körülmények között, egyszerűen csak egy olyan eszközt kell kiválasztani, amely képes ellenállni ennek a maximális áramerősségnek.

A névleges áram kiválasztása után a vezetési veszteséget is ki kell számítani. A gyakorlatban aMOSFETnem az ideális eszköz, mert a vezető folyamatban teljesítményveszteség lép fel, amit vezetési veszteségnek nevezünk. MOSFET a "be", mint egy változó ellenállás, amelyet a készülék RDS (ON), és a hőmérséklet és a jelentős változások határoznak meg. A készülék teljesítménydisszipációja az Iload2 x RDS(ON)-ból számítható, és mivel a bekapcsolási ellenállás a hőmérséklet függvényében változik, a teljesítmény disszipáció is ezzel arányosan változik. Minél nagyobb a MOSFET-re kapcsolt VGS feszültség, annál kisebb lesz az RDS(ON); fordítva, annál magasabb lesz az RDS(ON) érték. A rendszertervező számára itt jönnek szóba a kompromisszumok a rendszer feszültségétől függően. Hordozható kiviteleknél könnyebb (és elterjedtebb) alacsonyabb feszültséget alkalmazni, míg ipari kiviteleknél magasabb feszültséget. Vegye figyelembe, hogy az RDS(ON) ellenállás enyhén emelkedik az árammal. Az RDS(ON) ellenállás különböző elektromos paramétereinek változásai a gyártó által biztosított műszaki adatlapon találhatók.

3. lépés: Határozza meg a hőigényeket

A MOSFET kiválasztásának következő lépése a rendszer hőigényének kiszámítása. A tervezőnek két különböző forgatókönyvet kell figyelembe vennie, a legrosszabb és a valódi esetet. A legrosszabb forgatókönyv számítása javasolt, mert ez az eredmény nagyobb biztonsági sávot biztosít, és biztosítja, hogy a rendszer nem fog meghibásodni. A MOSFET adatlapján néhány mérést is tudni kell; mint például a becsomagolt eszköz félvezető csatlakozása és a környezet közötti hőellenállás, valamint a csatlakozás maximális hőmérséklete.

A készülék csatlakozási hőmérséklete megegyezik a maximális környezeti hőmérséklettel, plusz a hőellenállás és a teljesítménydisszipáció szorzatával (csomóponti hőmérséklet = maximális környezeti hőmérséklet + [hőellenállás × teljesítménydisszipáció]). Ebből az egyenletből megoldható a rendszer maximális teljesítmény disszipációja, ami értelemszerűen egyenlő I2 x RDS(ON). Mivel a személyzet meghatározta a készüléken áthaladó maximális áramerősséget, az RDS(ON) különböző hőmérsékletekre számítható. Fontos megjegyezni, hogy az egyszerű hőmodellek kezelésekor a tervezőnek figyelembe kell vennie a félvezető csomópont/készülékház és a ház/környezet hőkapacitását is; azaz szükséges, hogy a nyomtatott áramköri lap és a csomagolás ne melegedjen fel azonnal.

Általában egy PMOSFET-ben parazita dióda van jelen, a dióda feladata, hogy megakadályozza a forrás-leeresztő fordított kapcsolatot, a PMOS-nál az az előnye az NMOS-hoz képest, hogy a bekapcsolási feszültsége 0 lehet, és a feszültségkülönbség a A DS feszültség nem sok, míg az NMOS feltétele megköveteli, hogy a VGS nagyobb legyen a küszöbértéknél, ami ahhoz vezet, hogy a vezérlőfeszültség elkerülhetetlenül nagyobb, mint a szükséges feszültséget, és szükségtelen bajok lesznek. A PMOS a következő két alkalmazás vezérlőkapcsolója:

A készülék csatlakozási hőmérséklete megegyezik a maximális környezeti hőmérséklettel, plusz a hőellenállás és a teljesítménydisszipáció szorzatával (csomóponti hőmérséklet = maximális környezeti hőmérséklet + [hőellenállás × teljesítménydisszipáció]). Ebből az egyenletből megoldható a rendszer maximális teljesítmény disszipációja, ami értelemszerűen egyenlő I2 x RDS(ON). Mivel a tervező meghatározta a készüléken áthaladó maximális áramerősséget, az RDS(ON) különböző hőmérsékletekre számítható. Fontos megjegyezni, hogy az egyszerű hőmodellek kezelésekor a tervezőnek figyelembe kell vennie a félvezető csomópont/készülékház és a ház/környezet hőkapacitását is; azaz szükséges, hogy a nyomtatott áramköri lap és a csomagolás ne melegedjen fel azonnal.

Általában egy PMOSFET-ben parazita dióda van jelen, a dióda feladata, hogy megakadályozza a forrás-leeresztő fordított kapcsolatot, a PMOS-nál az az előnye az NMOS-hoz képest, hogy a bekapcsolási feszültsége 0 lehet, és a feszültségkülönbség a A DS feszültség nem sok, míg az NMOS feltétele megköveteli, hogy a VGS nagyobb legyen a küszöbértéknél, ami ahhoz vezet, hogy a vezérlőfeszültség elkerülhetetlenül nagyobb, mint a szükséges feszültséget, és szükségtelen bajok lesznek. A PMOS a következő két alkalmazás vezérlőkapcsolója:

Ezt az áramkört tekintve a PGC vezérlőjel szabályozza, hogy a V4.2 táplálja-e a P_GPRS-t vagy sem. Ez az áramkör, a forrás és a leeresztő kivezetések nincsenek hátrafelé csatlakoztatva, az R110 és R113 abban az értelemben létezik, hogy az R110 vezérlőkapu árama nem túl nagy, az R113 a normál kaput vezérli, az R113 felhúzás magasra, a PMOS-tól kezdve , hanem a vezérlőjel felhúzásának is tekinthető, amikor az MCU belső érintkezői és felhúzása, azaz a nyitott leeresztő kimenete, amikor a kimenet nyitott lefolyású, és nem tudja lekapcsolni a PMOS-t, jelenleg külső feszültségre van szükség, így az R113 ellenállás két szerepet tölt be. Külső feszültségre lesz szüksége a felhúzáshoz, így az R113 ellenállás két szerepet tölt be. Az r110 lehet kisebb, akár 100 ohmos is.