MOSFET-paketin kytkentäputken valinta ja piirikaaviot

Ensimmäinen askel on tehdä valintaMOSFETit, joita on kahta päätyyppiä: N-kanava ja P-kanava. Sähköjärjestelmissä MOSFETit voidaan ajatella sähkökytkimiksi. Kun positiivinen jännite lisätään N-kanavaisen MOSFETin hilan ja lähteen väliin, sen kytkin johtaa. Johdon aikana virta voi virrata kytkimen läpi viemäristä lähteeseen. Viemärin ja lähteen välillä on sisäinen vastus, jota kutsutaan on-resistance RDS(ON). Täytyy olla selvää, että MOSFETin hila on korkeaimpedanssinen liitin, joten hilaan lisätään aina jännite. Tämä on vastus maahan, johon portti on liitetty jäljempänä esitettävässä kytkentäkaaviossa. Jos portti jätetään roikkumaan, laite ei toimi suunnitellulla tavalla ja voi kytkeytyä päälle tai pois päältä sopimattomina hetkinä, mikä voi johtaa järjestelmän tehohäviöön. Kun lähteen ja portin välinen jännite on nolla, kytkin sammuu ja virta lakkaa kulkemasta laitteen läpi. Vaikka laite on tässä vaiheessa pois päältä, siinä on edelleen pieni virta, jota kutsutaan vuotovirraksi tai IDSS:ksi.

Vaihe 1: Valitse N-kanava tai P-kanava

Ensimmäinen askel oikean laitteen valinnassa suunnittelua varten on päättää, käytetäänkö N- vai P-kanavaista MOSFETiä. tyypillisessä tehosovelluksessa, kun MOSFET on maadoitettu ja kuorma on kytketty runkojännitteeseen, tämä MOSFET muodostaa matalajännitteisen sivukytkimen. Pienjännitteisessä sivukytkimessä N-kanavaMOSFETtulee käyttää laitteen sammuttamiseen tai käynnistämiseen tarvittavan jännitteen huomioon ottamiseksi. Kun MOSFET on kytketty väylään ja kuorma on maadoitettu, on käytettävä korkeajännitteistä sivukytkintä. Tässä topologiassa käytetään yleensä P-kanavaista MOSFETiä, jälleen jännitekäyttönäkökohtien vuoksi.

Vaihe 2: Määritä nykyinen luokitus

Toinen vaihe on valita MOSFETin nykyinen luokitus. Piirirakenteesta riippuen tämän nimellisvirran tulee olla suurin virta, jonka kuorma voi kestää kaikissa olosuhteissa. Kuten jännitteen tapauksessa, suunnittelijan on varmistettava, että valittu MOSFET kestää tämän nimellisvirran, vaikka järjestelmä tuottaa piikkivirtoja. Kaksi nykyistä tapausta ovat jatkuva tila ja pulssipiikit. Tämä parametri perustuu FDN304P-putken TIETOKEEN viitteeksi ja parametrit näkyvät kuvassa:

Jatkuvassa johtotilassa MOSFET on vakaassa tilassa, kun virta kulkee jatkuvasti laitteen läpi. Pulssipiikit ovat, kun laitteen läpi virtaa suuri määrä aaltopiikkiä (tai piikkivirtaa). Kun maksimivirta näissä olosuhteissa on määritetty, on vain valita suoraan laite, joka kestää tämän maksimivirran.

Kun olet valinnut nimellisvirran, sinun on laskettava myös johtavuushäviö. KäytännössäMOSFETei ole ihanteellinen laite, koska johtavassa prosessissa tapahtuu tehohäviö, jota kutsutaan johtavuushäviöksi. MOSFET on "päällä" kuin muuttuva vastus, jonka määrittää laitteen RDS (ON), ja lämpötilan ja merkittävien muutosten mukaan. Laitteen tehohäviö voidaan laskea kaavasta Iload2 x RDS(ON), ja koska päällekytkentävastus vaihtelee lämpötilan mukaan, tehohäviö vaihtelee suhteessa. Mitä korkeampi jännite VGS kytketään MOSFETiin, sitä pienempi RDS(ON) on; päinvastoin, mitä korkeampi RDS(ON) on. Järjestelmäsuunnittelijalle tämä on paikka, jossa kompromissit tulevat esiin järjestelmän jännitteestä riippuen. Kannettavissa malleissa on helpompaa (ja yleisempää) käyttää pienempiä jännitteitä, kun taas teollisissa malleissa voidaan käyttää korkeampia jännitteitä. Huomaa, että RDS(ON)-resistanssi nousee hieman virran mukana. RDS(ON)-vastuksen eri sähköisten parametrien vaihtelut löytyvät valmistajan toimittamasta teknisestä tiedotteesta.

Vaihe 3: Määritä lämpövaatimukset

Seuraava vaihe MOSFETin valinnassa on laskea järjestelmän lämpövaatimukset. Suunnittelijan tulee harkita kahta eri skenaariota, pahin tapaus ja tositapaus. Pahimman mahdollisen skenaarion laskeminen on suositeltavaa, koska tämä tulos tarjoaa suuremman turvamarginaalin ja varmistaa, että järjestelmä ei vioittele. MOSFET-tietolomakkeessa on myös joitain mittauksia, jotka on huomioitava; kuten pakatun laitteen puolijohdeliitoksen ja ympäristön välinen lämpövastus ja liitoksen maksimilämpötila.

Laitteen liitoslämpötila on yhtä suuri kuin suurin ympäristön lämpötila plus lämpövastuksen ja tehohäviön tulo (liitoslämpötila = suurin ympäristön lämpötila + [lämpövastus × tehohäviö]). Tästä yhtälöstä voidaan ratkaista järjestelmän maksimitehohäviö, joka on määritelmän mukaan yhtä suuri kuin I2 x RDS(ON). Koska henkilökunta on määrittänyt laitteen läpi kulkevan maksimivirran, RDS(ON) voidaan laskea eri lämpötiloihin. On tärkeää huomata, että yksinkertaisia ​​lämpömalleja käsitellessään suunnittelijan tulee ottaa huomioon myös puolijohdeliitoksen/laitteen kotelon ja kotelon/ympäristön lämpökapasiteetti; eli vaaditaan, että piirilevy ja pakkaus eivät lämpene heti.

Yleensä, PMOSFET, siinä on loisdiodi, diodin tehtävänä on estää lähde-vuoto-käänteinen kytkentä, PMOS:ssa etuna NMOS:iin nähden on, että sen käynnistysjännite voi olla 0 ja jänniteero DS-jännite ei ole paljon, kun taas NMOS edellyttää, että VGS on suurempi kuin kynnys, mikä johtaa siihen, että ohjausjännite on väistämättä suurempi kuin tarvittava jännite, ja siitä tulee tarpeettomia ongelmia. PMOS on valittu ohjauskytkimeksi seuraaville kahdelle sovellukselle:

Laitteen liitoslämpötila on yhtä suuri kuin suurin ympäristön lämpötila plus lämpövastuksen ja tehohäviön tulo (liitoslämpötila = suurin ympäristön lämpötila + [lämpövastus × tehohäviö]). Tästä yhtälöstä voidaan ratkaista järjestelmän maksimitehohäviö, joka on määritelmän mukaan yhtä suuri kuin I2 x RDS(ON). Koska suunnittelija on määrittänyt laitteen läpi kulkevan maksimivirran, RDS(ON) voidaan laskea eri lämpötiloihin. On tärkeää huomata, että yksinkertaisia ​​lämpömalleja käsitellessään suunnittelijan tulee ottaa huomioon myös puolijohdeliitoksen/laitteen kotelon ja kotelon/ympäristön lämpökapasiteetti; eli vaaditaan, että piirilevy ja pakkaus eivät lämpene heti.

Yleensä, PMOSFET, siinä on loisdiodi, diodin tehtävänä on estää lähde-vuoto-käänteinen kytkentä, PMOS:ssa etuna NMOS:iin nähden on, että sen käynnistysjännite voi olla 0 ja jänniteero DS-jännite ei ole paljon, kun taas NMOS edellyttää, että VGS on suurempi kuin kynnys, mikä johtaa siihen, että ohjausjännite on väistämättä suurempi kuin tarvittava jännite, ja siitä tulee tarpeettomia ongelmia. PMOS on valittu ohjauskytkimeksi seuraaville kahdelle sovellukselle:

Tätä piiriä tarkasteltaessa ohjaussignaali PGC ohjaa, syöttääkö V4.2 virtaa P_GPRS:ään vai ei. Tätä piiriä, lähde- ja nieluliittimiä ei ole kytketty käänteiseen, R110 ja R113 ovat olemassa siinä mielessä, että R110 ohjausportin virta ei ole liian suuri, R113 ohjaa normaalin portin, R113 ylösveto korkealle PMOS: sta lähtien. , mutta se voidaan nähdä myös ohjaussignaalin vetäytymisenä, kun MCU:n sisäiset nastat ja ylösveto, eli avoimen valuman ulostulo, kun lähtö on avoin valuma, eikä voi ajaa PMOS pois päältä, tällä hetkellä on tarpeen ulkoista jännitettä annettu pull-up, joten vastuksella R113 on kaksi roolia. Se tarvitsee ulkoisen jännitteen vetäytymiseen, joten vastuksella R113 on kaksi roolia. r110 voi olla pienempi, 100 ohmiin voi myös olla.