MOSFET пакетінің коммутациялық түтіктерін таңдау және схемалар

Бірінші қадам - таңдау жасауMOSFETs, олар екі негізгі түрде келеді: N-арна және P-арна. Энергетикалық жүйелерде MOSFET-терді электрлік қосқыштар ретінде қарастыруға болады. N-арна MOSFET қақпасы мен көзі арасына оң кернеу қосылған кезде оның қосқышы өткізеді. Өткізгіштік кезінде ток ажыратқыш арқылы ағызудан көзге өтуі мүмкін. Дренаж мен көз арасында RDS(ON) кедергісі деп аталатын ішкі кедергі бар. MOSFET қақпасы жоғары кедергі терминалы екені анық болуы керек, сондықтан қақпаға әрқашан кернеу қосылады. Бұл кейінірек ұсынылған схемада қақпа қосылатын жерге қарсылық. Қақпа салбырап қалса, құрылғы жобаланғандай жұмыс істемейді және орынсыз сәттерде қосылып немесе өшірілуі мүмкін, бұл жүйеде ықтимал қуат жоғалуына әкеледі. Көзі мен қақпа арасындағы кернеу нөлге тең болғанда, ажыратқыш өшеді және ток құрылғы арқылы өтуін тоқтатады. Құрылғы осы кезде өшірілген болса да, ағып кету тогы немесе IDSS деп аталатын шағын ток әлі де бар.

1-қадам: N-арна немесе P-арна таңдаңыз

Дизайн үшін дұрыс құрылғыны таңдаудың бірінші қадамы N-арнасын немесе P-арнасын MOSFET пайдалануды шешу болып табылады. әдеттегі қуат қолданбасында, MOSFET жерге тұйықталған және жүктеме магистральдық кернеуге қосылған кезде, бұл MOSFET төмен кернеудің бүйірлік қосқышын құрайды. Төмен вольтты бүйірлік қосқышта N-арнаMOSFETқұрылғыны өшіру немесе қосу үшін қажетті кернеуді ескере отырып қолданылуы керек. MOSFET шинаға қосылғанда және жүктеме жерге тұйықталған кезде, жоғары вольтты бүйірлік қосқышты пайдалану керек. P-арна MOSFET әдетте бұл топологияда кернеу жетегі туралы ойлар үшін пайдаланылады.

2-қадам: Ағымдағы рейтингті анықтаңыз

Екінші қадам - MOSFET ағымдағы рейтингін таңдау. Тізбек құрылымына байланысты бұл ток рейтингі жүктеме барлық жағдайларда төтеп бере алатын максималды ток болуы керек. Кернеу жағдайына ұқсас, конструктор таңдалған MOSFET осы ток рейтингіне төтеп бере алатынына көз жеткізуі керек, тіпті жүйе күрт токтарды тудырса да. Қарастырылған екі ағымдағы жағдай - үздіксіз режим және импульстік өсу. Бұл параметр анықтама ретінде FDN304P түтік DATASHEET негізделген және параметрлер суретте көрсетілген:

Үздіксіз өткізгіштік режимінде MOSFET тұрақты күйде, ток үздіксіз құрылғы арқылы өтетін кезде. Импульстік серпілістер - бұл құрылғы арқылы ағып кетудің үлкен мөлшері (немесе жоғары ток) болған кезде. Осы шарттардағы максималды ток анықталғаннан кейін, бұл максималды токқа төтеп бере алатын құрылғыны тікелей таңдау мәселесі.

Номиналды токты таңдағаннан кейін өткізгіштік жоғалтуды да есептеу керек. Іс жүзінде,MOSFETидеалды құрылғы емес, өйткені өткізгіш процесте өткізгіштік жоғалту деп аталатын қуат жоғалуы болады. MOSFET «қосулы» күйдегі айнымалы қарсылық сияқты, құрылғының RDS (ON) арқылы және температура мен елеулі өзгерістермен анықталады. Құрылғының қуат шығынын Iload2 x RDS(ON) арқылы есептеуге болады және қосу кедергісі температураға байланысты өзгеретіндіктен, қуат шығыны пропорционалды түрде өзгереді. MOSFET-ке қолданылатын VGS кернеуі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым RDS(ON) аз болады; керісінше RDS(ON) соғұрлым жоғары болады. Жүйе дизайнері үшін бұл жерде жүйе кернеуіне байланысты айырбастаулар пайда болады. Портативті конструкциялар үшін төменгі кернеулерді пайдалану оңайырақ (және жиірек), ал өнеркәсіптік үлгілер үшін жоғары кернеулерді қолдануға болады. RDS(ON) кедергісі токпен аздап көтерілетінін ескеріңіз. RDS(ON) резисторының әртүрлі электрлік параметрлеріндегі өзгерістерді өндіруші берген техникалық деректер парағында табуға болады.

3-қадам: Жылу талаптарын анықтау

MOSFET таңдаудың келесі қадамы жүйенің жылу талаптарын есептеу болып табылады. Дизайнер екі түрлі сценарийді, ең нашар жағдайды және шынайы жағдайды қарастыруы керек. Ең нашар жағдай сценарийі үшін есептеу ұсынылады, себебі бұл нәтиже қауіпсіздіктің үлкен маржасын қамтамасыз етеді және жүйенің істен шықпауын қамтамасыз етеді. Сондай-ақ MOSFET деректер парағында білуге болатын кейбір өлшемдер бар; орамадағы құрылғының жартылай өткізгіштік түйісу мен қоршаған орта арасындағы жылу кедергісі және ең жоғары қосылыс температурасы сияқты.

Құрылғының түйісу температурасы қоршаған ортаның максималды температурасына плюс жылу кедергісі мен қуаттың диссипациясының өніміне тең (қосылу температурасы = ең жоғары қоршаған орта температурасы + [жылу кедергісі × қуат шығыны]). Бұл теңдеуден жүйенің максималды қуат диссипациясын шешуге болады, ол анықтамасы бойынша I2 x RDS(ON) тең. Персонал құрылғы арқылы өтетін максималды токты анықтағандықтан, RDS(ON) әртүрлі температуралар үшін есептелуі мүмкін. Қарапайым термиялық модельдермен жұмыс істегенде, конструктор сонымен қатар жартылай өткізгішті түйіннің/құрылғы корпусының және корпустың/ортаның жылу сыйымдылығын ескеруі керек екенін ескеру маңызды; яғни, баспа платасы мен қаптаманың бірден қызып кетпеуі талап етіледі.

Әдетте, PMOSFET-те паразиттік диод болады, диодтың функциясы көзден ағызу кері байланысын болдырмау болып табылады, PMOS үшін NMOS-тен артықшылығы оның қосылу кернеуі 0 болуы мүмкін, ал диод арасындағы кернеу айырмашылығы DS кернеуі көп емес, ал NMOS шарт бойынша VGS шекті мәннен жоғары болуын талап етеді, бұл басқару кернеуінің сөзсіз болуына әкеледі. қажетті кернеуден жоғары болса, қажетсіз ақаулар болады. PMOS келесі екі қолданба үшін басқару қосқышы ретінде таңдалады:

Құрылғының түйісу температурасы қоршаған ортаның максималды температурасына плюс жылу кедергісі мен қуаттың диссипациясының өніміне тең (қосылу температурасы = ең жоғары қоршаған орта температурасы + [жылу кедергісі × қуат шығыны]). Бұл теңдеуден жүйенің максималды қуат диссипациясын шешуге болады, ол анықтамасы бойынша I2 x RDS(ON) тең. Конструктор құрылғы арқылы өтетін максималды токты анықтағандықтан, RDS(ON) әртүрлі температуралар үшін есептелуі мүмкін. Қарапайым термиялық модельдермен жұмыс істегенде, конструктор сонымен қатар жартылай өткізгішті түйіннің/құрылғы корпусының және корпустың/ортаның жылу сыйымдылығын ескеруі керек екенін ескеру маңызды; яғни, баспа платасы мен қаптаманың бірден қызып кетпеуі талап етіледі.

Осы схемаға қарасақ, PGC басқару сигналы V4.2 P_GPRS-ке қуат беретінін немесе бермейтінін басқарады. Бұл схема, көз және ағызу терминалдары кері қосылмаған, R110 және R113 R110 басқару қақпасының тогы тым үлкен емес мағынада бар, R113 қалыпты қақпаны басқарады, R113 PMOS бойынша жоғары тарту , бірақ сонымен қатар MCU ішкі түйреуіштері мен тартылулары, яғни шығу кезінде басқару сигналында тартылу ретінде қарастырылуы мүмкін. ашық-ағызу кезінде шығыс ашық-дренажды және PMOS-ты өшіру мүмкін емес, бұл уақытта тартылу кезінде сыртқы кернеу қажет, сондықтан R113 резисторы екі рөл атқарады. Тарту үшін оған сыртқы кернеу қажет, сондықтан R113 резисторы екі рөл атқарады. r110 кішірек болуы мүмкін, 100 Омға дейін де болуы мүмкін.