Күшті жартылай өткізгіш құрылғылар өнеркәсіпте, тұтынуда, әскери және басқа салаларда кеңінен қолданылады және жоғары стратегиялық жағдайға ие. Суреттен қуат құрылғыларының жалпы суретін қарастырайық:
Күшті жартылай өткізгіш құрылғыларды тізбек сигналдарын басқару дәрежесі бойынша толық типті, жартылай басқарылатын типті және басқарылмайтын типке бөлуге болады. Немесе қозғалыс тізбегінің сигналдық қасиеттері бойынша оны кернеумен, токпен жұмыс істейтін және т.б.
| Классификация | түрі | Меншікті қуатты жартылай өткізгіш құрылғылар |
| Электрлік сигналдарды басқару мүмкіндігі | Жартылай басқарылатын түрі | SCR |
| Толық бақылау | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Бақыланбайтын | Күшті диод | |
| Қозғалыс сигналының қасиеттері | Кернеуді басқару түрі | IGBT, MOSFET, SITH |
| Ағымдағы басқарылатын түрі | SCR, GTO, GTR | |
| Сигналдың тиімді толқындық формасы | Импульстік триггер түрі | SCR, GTO |
| Электрондық басқару түрі | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Тогы бар электрондар қатысатын жағдайлар | биполярлы құрылғы | Қуат диоды, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Бір полярлы құрылғы | MOSFET, Отыр | |
| Композиттік құрылғы | MCT, IGBT, SITH және IGCT |
Әр түрлі қуатты жартылай өткізгіш құрылғылардың кернеуі, ток сыйымдылығы, кедергі мүмкіндігі және өлшемі сияқты әртүрлі сипаттамалары бар. Нақты пайдалану кезінде әртүрлі өрістер мен қажеттіліктерге сәйкес сәйкес құрылғыларды таңдау керек.
Жартылай өткізгіштер өнеркәсібі пайда болғаннан бері материалдық өзгерістердің үш буынынан өтті. Осы уақытқа дейін Si ұсынған бірінші жартылай өткізгіш материал әлі де негізінен күшті жартылай өткізгіш құрылғылар саласында қолданылады.
| Жартылай өткізгіш материал | Жолақ (эВ) | Балқу температурасы (К) | негізгі қолданба | |
| 1-ші буын жартылай өткізгіш материалдар | Ge | 1.1 | 1221 | Төмен кернеулі, төмен жиілікті, орташа қуатты транзисторлар, фотодетекторлар |
| 2-ші буын жартылай өткізгіш материалдар | Si | 0,7 | 1687 | |
| 3-ші буын жартылай өткізгіш материалдар | GaAs | 1.4 | 1511 | Микротолқынды пеш, миллиметрлік толқын құрылғылары, жарық шығаратын құрылғылар |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Жоғары температуралы, жоғары жиілікті, радиацияға төзімді жоғары қуатты құрылғылар 2. Көк, сортты, күлгін жарық диодтары, жартылай өткізгіш лазерлер | |
| GaN | 3.4 | 1973 жыл | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Жартылай басқарылатын және толық басқарылатын қуатты құрылғылардың сипаттамаларын қорытындылаңыз:
| Құрылғы түрі | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Басқару түрі | Импульстік триггер | Ағымдағы бақылау | кернеуді бақылау | кино орталығы |
| өздігінен өшіру сызығы | Коммутацияны өшіру | өзін-өзі өшіретін құрылғы | өзін-өзі өшіретін құрылғы | өзін-өзі өшіретін құрылғы |
| жұмыс жиілігі | ＜1кц | ＜30кц | 20кц-МГц | ＜40кц |
| Жүргізу күші | кішкентай | үлкен | кішкентай | кішкентай |
| коммутациялық шығындар | үлкен | үлкен | үлкен | үлкен |
| өткізгіштігінің жоғалуы | кішкентай | кішкентай | үлкен | кішкентай |
| Кернеу және ток деңгейі | 最大 | үлкен | минимум | көбірек |
| Типтік қолданбалар | Орташа жиілікті индукциялық қыздыру | UPS жиілік түрлендіргіші | коммутациялық қуат көзі | UPS жиілік түрлендіргіші |
| бағасы | ең төменгі | төмен | ортасында | Ең қымбат |
| өткізгіштік модуляция эффектісі | бар | бар | жоқ | бар |
MOSFET-пен танысыңыз
MOSFET жоғары кіріс кедергісі, төмен шу және жақсы термиялық тұрақтылыққа ие; оның қарапайым өндірістік процесі және күшті сәулеленуі бар, сондықтан ол әдетте күшейткіш тізбектерде немесе коммутациялық тізбектерде қолданылады;
(1) Негізгі таңдау параметрлері: төгу көзінің кернеуі VDS (төзімділік кернеуі), ID үздіксіз ағып кету тогы, RDS(қосылған) қарсылық, Ciss кіріс сыйымдылығы (түйіс сыйымдылығы), сапа коэффициенті FOM=Ron*Qg және т.б.
(2) Әртүрлі процестерге сәйкес ол TrenchMOS болып бөлінеді: траншея MOSFET, негізінен 100В шегінде төмен кернеу өрісінде; SGT (Split Gate) MOSFET: бөлу қақпасы MOSFET, негізінен 200 В шегінде орташа және төмен кернеу өрісінде; SJ MOSFET: супер-түйін MOSFET, негізінен жоғары кернеу өрісінде 600-800V;
Ашық ағызу тізбегі сияқты коммутациялық қуат көзінде дренаж жүктемеге бүтін қосылған, ол ашық дренаж деп аталады. Ашық ағызу тізбегінде жүктеме қаншалықты жоғары кернеу қосылғанына қарамастан, жүктеме тогын қосуға және өшіруге болады. Бұл аналогтық коммутацияның тамаша құрылғысы. Бұл коммутациялық құрылғы ретінде MOSFET принципі.
Нарық үлесі бойынша MOSFET-тің барлығы дерлік ірі халықаралық өндірушілердің қолында шоғырланған. Олардың ішінде Infineon IR (American International Rectifier Company) компаниясын 2015 жылы сатып алып, саланың көшбасшысы болды. ON Semiconductor сонымен қатар 2016 жылдың қыркүйегінде Fairchild Semiconductor сатып алуды аяқтады. , нарық үлесі екінші орынға көтерілді, содан кейін сату рейтингтері Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna және т.б.;
Негізгі MOSFET брендтері бірнеше серияға бөлінеді: американдық, жапондық және корейлік.
Американдық сериялар: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS және т.б.;
Жапон: Toshiba, Renesas, ROHM және т.б.;
Корей сериялары: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET пакетінің санаттары
ПХД тақтасына орнату тәсілі бойынша MOSFET пакеттерінің екі негізгі түрі бар: плагин (Through Hole) және беткі қондырғы (Surface Mount). ?
Қосылатын модуль түрі MOSFET түйреуіштері ПХД тақтасының бекіту саңылауларынан өтіп, ПХД тақтасына дәнекерленгенін білдіреді. Жалпы қосылатын модуль пакеттеріне мыналар жатады: қос желілік пакет (DIP), транзисторлық контурлық пакет (TO) және түйреуіш тор массиві пакеті (PGA).
Қосылатын қаптама
Беткейге орнату MOSFET түйреуіштері мен жылуды тарату фланецтері ПХД тақтасының бетіндегі төсемдерге дәнекерленген жер. Типтік беттік монтаждық пакеттерге мыналар жатады: транзисторлық контур (D-PAK), шағын контурлық транзистор (SOT), шағын контурлық пакет (SOP), төрт тегіс пакет (QFP), пластмассадан жасалған чип тасымалдаушы (PLCC) және т.б.
беткі бекіту пакеті
Технологияның дамуымен аналық платалар және графикалық карталар сияқты ПХД тақталары қазіргі уақытта азырақ және аз тікелей қосылатын орамдарды пайдаланады және көбірек беткі қондырма қаптамалары қолданылады.
1. Қос желілік пакет (DIP)
DIP пакетінде екі қатар түйреуіштер бар және оны DIP құрылымы бар чип розеткасына салу қажет. Оның туынды әдісі SDIP (Shrink DIP) болып табылады, ол қысқартылған екі қатарлы пакет болып табылады. Істіктердің тығыздығы DIP-тен 6 есе жоғары.
DIP қаптама құрылымының пішіндеріне мыналар кіреді: көп қабатты керамикалық екі қатарлы DIP, бір қабатты керамикалық екі қатарлы DIP, қорғасын жақтау DIP (соның ішінде шыны керамикалық тығыздау түрі, пластикалық инкапсуляция құрылымы түрі, керамикалық төмен балқитын шыны инкапсуляциясы түрі) және т.б. DIP қаптамасының ерекшелігі - ол ПХД платаларын тесік арқылы дәнекерлеуді оңай жүзеге асыра алады және аналық платамен жақсы үйлеседі.
Дегенмен, оның орау алаңы мен қалыңдығы салыстырмалы түрде үлкен болғандықтан, тығындар розеткадан қосу және ажырату процесінде оңай зақымдалады, сенімділік нашар. Сонымен қатар, процестің әсерінен түйреуіштердің саны жалпы алғанда 100-ден аспайды. Сондықтан электронды өнеркәсіптің жоғары интеграциялану процесінде DIP қаптамалары бірте-бірте тарих сахнасынан шығып кетті.
2. Транзисторлық контурлық пакет (TO)
TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 және т.
TO-3P/247: Бұл орта-жоғары кернеу мен жоғары ток MOSFET-тер үшін жиі қолданылатын орау нысаны. Өнім жоғары кернеуге төзімді және күшті бұзылуға төзімділік сипаттамаларына ие. .
TO-220/220F: TO-220F толығымен пластикалық пакет, оны радиаторға орнатқанда оқшаулағыш төсемді қосудың қажеті жоқ; TO-220 ортаңғы түйреуішке қосылған металл парағы бар, радиаторды орнату кезінде оқшаулағыш төсем қажет. Осы екі пакет стилінің MOSFET-тері ұқсас көріністерге ие және оларды бір-бірінің орнына қолдануға болады. .
TO-251: Бұл оралған өнім негізінен шығындарды азайту және өнім көлемін азайту үшін қолданылады. Ол негізінен 60А төмен кернеуі орташа және жоғары ток және 7Н төмен жоғары кернеуі бар орталарда қолданылады. .
TO-92: Бұл пакет шығындарды азайту үшін тек төмен вольтты MOSFET (тоқ 10А төмен, кернеу 60В төмен төзімді) және жоғары вольтты 1N60/65 үшін қолданылады.
Соңғы жылдары штепсельдік орау процесінің дәнекерлеу құнының жоғары болуына және патч түріндегі өнімдерге жылуды таратудың төмен өнімділігіне байланысты, беткі бекіткіштер нарығындағы сұраныс өсуді жалғастырды, бұл сонымен қатар TO қаптамасының дамуына әкелді. беткі қаптамаға салыңыз.
TO-252 (D-PAK деп те аталады) және TO-263 (D2PAK) екеуі де беткі қондырғылар.
Өнімнің сыртқы түрін орау үшін
TO252/D-PAK - бұл әдетте қуат транзисторлары мен кернеуді тұрақтандыру микросхемаларын орау үшін қолданылатын пластикалық чиптер пакеті. Бұл қазіргі негізгі пакеттердің бірі. Осы орау әдісін пайдаланатын MOSFET үш электродты, қақпа (G), ағызу (D) және көзі (S) бар. Су төгетін (D) істікшесі кесілген және пайдаланылмайды. Оның орнына, артқы жағындағы жылу қабылдағыш ПХД-ге тікелей дәнекерленген ағызу (D) ретінде пайдаланылады. Бір жағынан ол үлкен токтарды шығару үшін қолданылады, ал екінші жағынан ПХД арқылы жылуды таратады. Сондықтан, ПХД-да үш D-PAK төсемі бар және су төгетін (D) төсемі үлкенірек. Оның қаптамасының сипаттамалары келесідей:
TO-252/D-PAK бума өлшемінің сипаттамалары
TO-263 - TO-220 нұсқасы. Ол негізінен өндіріс тиімділігі мен жылуды бөлуді жақсартуға арналған. Ол өте жоғары ток пен кернеуді қолдайды. Ол 150А төмен және 30 В жоғары орташа вольтты жоғары ток MOSFET-де жиі кездеседі. D2PAK-тан (TO-263AB) басқа, ол негізінен түйреуіштердің әртүрлі саны мен қашықтығына байланысты TO-263-ке бағынатын TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 және басқа стильдерді қамтиды. .
TO-263/D2PAK бума өлшемінің сипаттамасыs
3. Торды жиым пакеті (PGA)
PGA (Pin Grid Array Package) чипінің ішінде және сыртында бірнеше шаршы жиым түйреуіштері бар. Әрбір шаршы жиымның түйреуіштері чиптің айналасында белгілі бір қашықтықта орналасқан. Істіктердің санына байланысты оны 2-ден 5-ке дейін шеңберге айналдыруға болады. Орнату кезінде чипті арнайы PGA ұяшығына салыңыз. Оның оңай қосу және ажырату және жоғары сенімділік артықшылықтары бар және жоғары жиіліктерге бейімделе алады.
PGA пакетінің стилі
Оның чипті субстраттарының көпшілігі керамикалық материалдан жасалған, ал кейбіреулері субстрат ретінде арнайы пластикалық шайырды пайдаланады. Технология тұрғысынан түйреуіштер ортасының қашықтығы әдетте 2,54 мм, ал түйреуіштер саны 64-тен 447-ге дейін ауытқиды. Қаптаманың бұл түрінің сипаттамасы: орау алаңы (көлемі) кішірек болса, соғұрлым қуатты тұтыну (өнімділік) төмен болады. ) ол төтеп бере алады және керісінше. Бұл чиптерді орау стилі алғашқы күндерде кең таралған және көбінесе процессорлар сияқты жоғары қуатты тұтынатын өнімдерді орау үшін пайдаланылды. Мысалы, Intel 80486 және Pentium осы орау стилін пайдаланады; оны MOSFET өндірушілері кеңінен қабылдамайды.
4. Шағын контурлы транзисторлар пакеті (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) - бұл патч типті шағын қуатты транзисторлар пакеті, негізінен SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (яғни SOT23-5) және т.б. SOT323, SOT363/SOT26 (яғни SOT23-6) және басқа түрлері бар TO пакеттерінен өлшемі жағынан кішірек туынды.
SOT пакетінің түрі
SOT23 - бұл құрамдас бөліктің ұзын жағындағы екі жағында тізімделген коллектор, эмитент және негіз сияқты үш қанат тәрізді түйреуіштері бар жиі қолданылатын транзисторлық пакет. Олардың ішінде эмитент пен база бір жағында. Олар төмен қуатты транзисторларда, өрістік транзисторларда және резисторлық желілері бар композиттік транзисторларда жиі кездеседі. Олардың беріктігі жақсы, бірақ дәнекерлеу қабілеті нашар. Сыртқы түрі төмендегі (а) суретте көрсетілген.
SOT89 транзистордың бір жағында бөлінген үш қысқа түйреуіштерге ие. Екінші жағы - жылуды тарату мүмкіндігін арттыру үшін негізге қосылған металл жылу қабылдағыш. Бұл кремнийлі қуат бетіндегі транзисторларда жиі кездеседі және жоғары қуатты қолданбалар үшін қолайлы. Сыртқы түрі төмендегі (b) суретте көрсетілген. .
SOT143 екі жағынан шығарылатын төрт қысқа қанат тәрізді түйреуіштерге ие. Істіктің кең шеті коллектор болып табылады. Қаптаманың бұл түрі жоғары жиілікті транзисторларда жиі кездеседі және оның сыртқы түрі төмендегі (в) суретте көрсетілген. .
SOT252 - бір жағынан келетін үш істікшесі бар жоғары қуатты транзистор, ал ортаңғы істік қысқарақ және коллектор болып табылады. Екінші жағынан үлкенірек түйреуішке жалғаңыз, ол жылуды таратуға арналған мыс парақ болып табылады және оның сыртқы түрі төмендегі (d) суретте көрсетілгендей.
Жалпы SOT бумасының сыртқы түрін салыстыру
Төрт терминалды SOT-89 MOSFET әдетте аналық платаларда қолданылады. Оның сипаттамалары мен өлшемдері келесідей:
SOT-89 MOSFET өлшем сипаттамалары (бірлік: мм)
5. Шағын контур пакеті (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) - SOL немесе DFP деп те аталатын, беткейге орнату пакеттерінің бірі. Істікшелер орамның екі жағынан шағала қанаты түрінде (L пішіні) тартылған. Материалдар пластик және керамикалық. SOP орау стандарттарына SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 және т.б. кіреді. SOP-тен кейінгі сан түйреуіштердің санын көрсетеді. MOSFET SOP пакеттерінің көпшілігі SOP-8 сипаттамаларын қабылдайды. Өнеркәсіп «P» әрпін жиі өткізбейді және оны SO (Small Out-Line) деп қысқартады.
SOP-8 пакетінің өлшемі
SO-8 алғаш рет PHILIP компаниясы жасаған. Ол пластмассаға оралған, жылуды тарататын төменгі тақтасы жоқ және жылуды таратуы нашар. Ол әдетте төмен қуатты MOSFET үшін қолданылады. Кейінірек TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) сияқты стандартты спецификациялар біртіндеп шығарылды; олардың арасында TSOP және TSSOP әдетте MOSFET қаптамасында қолданылады.
MOSFET үшін әдетте қолданылатын SOP алынған спецификациялар
6. Төрт тегіс пакет (QFP)
QFP (Plastic Quad Flat Package) бумасындағы чип түйреуіштері арасындағы қашықтық өте аз және түйреуіштер өте жұқа. Ол әдетте ауқымды немесе ультра-үлкен интегралды схемаларда қолданылады және түйреуіштердің саны әдетте 100-ден асады. Бұл пішінде оралған чиптер чипті аналық платаға дәнекерлеу үшін SMT беттік монтаждау технологиясын қолдануы керек. Бұл орау әдісінің төрт негізгі сипаттамасы бар: ① ПХД платаларына сымдарды орнату үшін SMD беттік монтаждау технологиясы үшін қолайлы; ② Ол жоғары жиілікті қолдануға жарамды; ③ Оны пайдалану оңай және сенімділігі жоғары; ④ Чип аймағы мен орау аймағы арасындағы қатынас аз. PGA орау әдісі сияқты, бұл орау әдісі чипті пластик қаптамаға орап, чип уақытылы жұмыс істегенде пайда болатын жылуды тарата алмайды. Ол MOSFET өнімділігін жақсартуды шектейді; ал пластмасса қаптаманың өзі жеңіл, жұқа, қысқа, шағын болу бағытында жартылай өткізгіштерді әзірлеу талаптарына сай келмейтін құрылғының көлемін ұлғайтады. Сонымен қатар, орау әдісінің бұл түрі өндіріс тиімділігінің төмендігі және орау құнының жоғары мәселелері бар бір чипке негізделген. Сондықтан QFP микропроцессорлар/қақпа массивтері сияқты LSI сандық логикалық схемаларында қолдануға қолайлы және VTR сигналын өңдеу және дыбыс сигналын өңдеу сияқты аналогтық LSI тізбегі өнімдерін орау үшін қолайлы.
7, сымсыз төрт жалпақ пакет (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded пакеті) пакеті барлық төрт жағынан электрод контактілерімен жабдықталған. Сымдар жоқ болғандықтан, орнату аймағы QFP-ден кішірек, ал биіктігі QFP-ден төмен. Олардың ішінде керамикалық QFN LCC (Leadless Chip Carriers) деп те аталады, ал шыны эпоксидті шайырмен басылған субстрат негізіндегі материалды пайдаланатын арзан пластикалық QFN пластик LCC, PCLC, P-LCC және т.б. деп аталады. тығыздағыш материал ретінде шағын төсемді, шағын көлемді және пластиктен тұратын технология. QFN негізінен интегралды схемаларды орау үшін пайдаланылады, ал MOSFET пайдаланылмайды. Дегенмен, Intel біріктірілген драйвер мен MOSFET шешімін ұсынғандықтан, ол DrMOS-ты QFN-56 пакетінде іске қосты («56» чиптің артындағы 56 қосылым түйреуіштерін білдіреді).
Айта кету керек, QFN бумасы ультра жұқа шағын контур пакеті (TSSOP) сияқты сыртқы қорғасын конфигурациясына ие, бірақ оның өлшемі TSSOP-тен 62% кіші. QFN модельдеу деректеріне сәйкес, оның жылу өнімділігі TSSOP қаптамасынан 55% жоғары, ал электрлік өнімділігі (индуктивтілік және сыйымдылық) TSSOP қаптамасынан сәйкесінше 60% және 30% жоғары. Ең үлкен кемшілігі – жөндеудің қиындығы.
QFN-56 пакетіндегі DrMOS
Дәстүрлі дискретті DC/DC төмендететін коммутациялық қуат көздері жоғары қуат тығыздығына қойылатын талаптарды қанағаттандыра алмайды, сондай-ақ коммутацияның жоғары жиіліктеріндегі паразиттік параметр әсерлері мәселесін шеше алмайды. Технологияның инновациялары мен прогрессімен көп чипті модульдерді құру үшін драйверлер мен MOSFET біріктіру шындыққа айналды. Бұл біріктіру әдісі кеңістікті айтарлықтай үнемдеуге және қуат тұтыну тығыздығын арттыруға мүмкіндік береді. Драйверлер мен MOSFET-терді оңтайландыру арқылы бұл шындыққа айналды. Қуат тиімділігі және жоғары сапалы тұрақты ток, бұл DrMOS біріктірілген драйвер IC.
Renesas 2-ші буын DrMOS
QFN-56 қорғасынсыз пакет DrMOS жылу кедергісін өте төмен етеді; ішкі сымды байланыстыру және мыс қыстырғыш дизайнымен сыртқы ПХД сымын азайтуға болады, осылайша индуктивтілік пен кедергіні азайтады. Сонымен қатар, қолданылатын терең арналы кремний MOSFET процесі сонымен қатар өткізгіштік, коммутация және қақпа зарядының жоғалуын айтарлықтай азайтады; ол әртүрлі контроллерлермен үйлесімді, әртүрлі жұмыс режимдеріне қол жеткізе алады және белсенді фазалық түрлендіру режимін APS (Автофазалық ауысу) қолдайды. QFN қаптамасынан басқа, екі жақты жалпақ қорғасынсыз қаптама (DFN) сонымен қатар ON Semiconductor-тың әртүрлі компоненттерінде кеңінен қолданылған жаңа электронды орау процесі болып табылады. QFN-мен салыстырғанда, DFN екі жағындағы шығарылатын электродтары аз.
8, Пластикалық қорғасынды чип тасымалдаушы (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) төртбұрышты пішінге ие және DIP пакетінен әлдеқайда аз. Оның айналасында түйреуіштері бар 32 түйреуіш бар. Істікшелер орамның төрт жағынан T-тәрізді түрде шығарылады. Бұл пластикалық өнім. Істік ортасының қашықтығы 1,27 мм, ал түйреуіштердің саны 18-ден 84-ке дейін. J-тәрізді түйреуіштер оңай деформацияланбайды және QFP-ге қарағанда оңай жұмыс істейді, бірақ дәнекерлеуден кейін сыртқы түрін тексеру қиынырақ. PLCC орамасы SMT беттік монтаждау технологиясын пайдаланып ПХД-ге сымдарды орнатуға жарамды. Оның артықшылығы шағын өлшемдер мен жоғары сенімділік. PLCC орамы салыстырмалы түрде кең таралған және логикалық LSI, DLD (немесе бағдарлама логикалық құрылғысы) және басқа схемаларда қолданылады. Бұл қаптама пішіні жиі BIOS-та аналық платада қолданылады, бірақ қазіргі уақытта MOSFET-те ол сирек кездеседі.
Негізгі кәсіпорындар үшін инкапсуляция және жетілдіру
Орталық процессорлардағы төмен кернеу мен жоғары токтың даму тенденциясына байланысты MOSFET-тер үлкен шығыс тогы, төмен қарсылық, төмен жылу генерациясы, жылдам жылуды тарату және шағын өлшемдерге ие болуы керек. Чиптерді өндіру технологиясы мен процестерін жақсартудан басқа, MOSFET өндірушілері орау технологиясын жетілдіруді жалғастыруда. Стандартты сыртқы сипаттамалармен үйлесімділік негізінде олар жаңа қаптама пішіндерін ұсынады және өздері әзірлеген жаңа пакеттер үшін сауда белгісі атауларын тіркейді.
1、RENESAS WPAK, LFPAK және LFPAK-I пакеттері
WPAK - Renesas әзірлеген жоғары жылу сәулелену пакеті. D-PAK пакетіне еліктеу арқылы чипті жылу қабылдағыш аналық платаға дәнекерленген және жылу аналық плата арқылы таралады, осылайша WPAK шағын пакеті де D-PAK шығыс тогына жете алады. WPAK-D2 сым индуктивтілігін азайту үшін екі жоғары/төмен MOSFET жинайды.
Renesas WPAK бумасының өлшемі
LFPAK және LFPAK-I - SO-8-мен үйлесімді Renesas әзірлеген басқа екі шағын форма-фактор пакеттері. LFPAK D-PAK-қа ұқсас, бірақ D-PAK-тен кішірек. LFPAK-i жылу қабылдағыш арқылы жылуды тарату үшін радиаторды жоғары қарай орналастырады.
Renesas LFPAK және LFPAK-I пакеттері
2. Vishay Power-PAK және Polar-PAK қаптамасы
Power-PAK — Vishay корпорациясы тіркеген MOSFET пакетінің атауы. Power-PAK екі спецификацияны қамтиды: Power-PAK1212-8 және Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 пакеті
Vishay Power-PAK SO-8 пакеті
Polar PAK - екі жақты жылу диссипациясы бар шағын пакет және Vishay орауыштың негізгі технологияларының бірі болып табылады. Polar PAK қарапайым so-8 пакетімен бірдей. Оның қаптаманың үстіңгі және төменгі жағында тарау нүктелері бар. Қаптаманың ішінде жылуды жинақтау оңай емес және жұмыс тоғының ағымдағы тығыздығын SO-8-тен екі есеге дейін арттыруы мүмкін. Қазіргі уақытта Vishay Polar PAK технологиясын STMicroelectronics-ке лицензиялады.
Vishay Polar PAK пакеті
3. Onsemi SO-8 және WDFN8 жалпақ қорғасын пакеттері
ON Semiconductor компаниясы жалпақ қорғасын MOSFET-тің екі түрін әзірледі, олардың арасында SO-8 үйлесімді жалпақ қорғасынды көптеген тақталар пайдаланады. ON Semiconductor компаниясының жаңадан іске қосылған NVMx және NVTx қуатты MOSFET құрылғылары өткізгіштік шығындарын азайту үшін ықшам DFN5 (SO-8FL) және WDFN8 пакеттерін пайдаланады. Сондай-ақ ол драйвер шығындарын азайту үшін төмен QG және сыйымдылықты ұсынады.
ON жартылай өткізгіш SO-8 жалпақ қорғасын пакеті
ON жартылай өткізгіш WDFN8 бумасы
4. NXP LFPAK және QLPAK қаптамасы
NXP (бұрынғы Philps) SO-8 орау технологиясын LFPAK және QLPAK етіп жақсартты. Олардың ішінде LFPAK әлемдегі ең сенімді қуат SO-8 пакеті болып саналады; ал QLPAK шағын өлшемді және жоғары жылуды тарату тиімділігінің сипаттамаларына ие. Қарапайым SO-8-мен салыстырғанда, QLPAK 6*5 мм ПХД тақтасының аумағын алады және 1,5 к/Вт термиялық кедергіге ие.
NXP LFPAK бумасы
NXP QLPAK қаптамасы
4. ST жартылай өткізгіш PowerSO-8 пакеті
STMicroelectronics қуатты MOSFET чипті орау технологияларына SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK және т.б. кіреді. Олардың ішінде Power SO-8 SO-8 жетілдірілген нұсқасы болып табылады. Сонымен қатар, PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 және басқа пакеттер бар.
STMicroelectronics Power SO-8 пакеті
5. Fairchild Semiconductor Power 56 пакеті
Power 56 - Фаричильдтің ерекше атауы және оның ресми атауы DFN5×6. Оның орау аймағы жиі қолданылатын TSOP-8 аймағымен салыстырылады, ал жұқа қаптама құрамдас бөліктің саңылау биіктігін үнемдейді, ал төменгі жағындағы Thermal-Pad дизайны жылу кедергісін азайтады. Сондықтан көптеген қуат құрылғыларын өндірушілер DFN5×6 қолданды.
Fairchild Power 56 пакеті
6. Халықаралық түзеткіш (IR) тікелей FET пакеті
Тікелей FET SO-8 немесе одан да аз аумақта тиімді жоғарғы салқындатуды қамтамасыз етеді және компьютерлердегі, ноутбуктердегі, телекоммуникациялардағы және тұрмыстық электроника жабдықтарындағы айнымалы ток және тұрақты ток қуатын түрлендіру қолданбалары үшін қолайлы. DirectFET металл қалбырының конструкциясы стандартты пластикалық дискретті пакеттермен салыстырғанда жоғары жиілікті DC-DC бак түрлендіргіштерінің ағымдағы өңдеу мүмкіндіктерін тиімді екі есе арттыра отырып, екі жақты жылу диссипациясын қамтамасыз етеді. Тікелей FET бумасы кері қондырылған түрі болып табылады, су төгетін (D) жылу қабылдағыш жоғары қаратылған және металл қабықпен жабылған, ол арқылы жылу бөлінеді. Тікелей FET қаптамасы жылудың таралуын айтарлықтай жақсартады және жақсы жылу диссипациясымен аз орын алады.
Қорытындылау
Болашақта электронды өңдеу өнеркәсібі ультра жұқа, миниатюризация, төмен кернеу және жоғары ток бағытында дамуын жалғастыратындықтан, MOSFET сыртқы түрі мен ішкі орау құрылымы да өндірістің даму қажеттіліктеріне жақсырақ бейімделу үшін өзгереді. өнеркәсіп. Сонымен қатар, электронды өндірушілерді таңдау шегін төмендету үшін, модульдеу және жүйелік деңгейдегі орау бағытында MOSFET даму үрдісі барған сайын айқын болады және өнімдер өнімділік пен құн сияқты көптеген өлшемдерден үйлестірілген түрде дамитын болады. . Пакет MOSFET таңдауының маңызды анықтамалық факторларының бірі болып табылады. Әртүрлі электрондық өнімдерде әртүрлі электр талаптары бар және әртүрлі орнату орталары да сәйкес келетін өлшем сипаттамаларын талап етеді. Нақты таңдауда шешім жалпы принцип бойынша нақты қажеттіліктерге сәйкес қабылдануы керек. Кейбір электрондық жүйелер ПХД өлшемімен және ішкі биіктігімен шектеледі. Мысалы, байланыс жүйелерінің модульдік қуат көздері әдетте биіктік шектеулеріне байланысты DFN5*6 және DFN3*3 пакеттерін пайдаланады; кейбір ACDC қуат көздерінде ультра жұқа конструкциялар немесе қабық шектеулеріне байланысты TO220 пакеттік қуат MOSFET құрастыру үшін қолайлы. Осы уақытта түйреуіштерді түбірге тікелей салуға болады, бұл TO247 оралған өнімдерге жарамайды; кейбір ультра жұқа конструкциялар құрылғы түйреуіштерін бүгіп, тегістеуді талап етеді, бұл MOSFET таңдауының күрделілігін арттырады.
MOSFET қалай таңдауға болады
Бірде инженер маған MOSFET деректер парағының бірінші бетін ешқашан қарамайтынын айтты, өйткені «практикалық» ақпарат тек екінші бетте және одан тыс жерде пайда болды. MOSFET деректер парағының іс жүзінде әрбір бетінде дизайнерлер үшін құнды ақпарат бар. Бірақ өндірушілер ұсынған деректерді қалай түсіндіруге болатыны әрқашан анық емес.
Бұл мақалада MOSFET-тің кейбір негізгі сипаттамалары, олар деректер парағында қалай көрсетілгені және оларды түсіну үшін қажет нақты сурет көрсетілген. Көптеген электрондық құрылғылар сияқты, MOSFET жұмыс температурасына әсер етеді. Сондықтан аталған көрсеткіштер қолданылатын сынақ шарттарын түсіну маңызды. Сондай-ақ, "Өнімді кіріспе" бөлімінде көретін көрсеткіштердің "максималды" немесе "типтік" мәндер екенін түсіну өте маңызды, себебі кейбір деректер парақтары оны анық көрсетпейді.
Кернеу дәрежесі
MOSFET-ті анықтайтын негізгі сипаттама оның ағызу көзінің кернеуі VDS немесе «ағызу көзінің бұзылу кернеуі» болып табылады, бұл қақпа көзге және ағызу тогына қысқа тұйықталу кезінде MOSFET зақымданбай төтеп бере алатын ең жоғары кернеу. 250 мкА құрайды. . VDS сонымен қатар «25°C абсолютті максималды кернеу» деп аталады, бірақ бұл абсолютті кернеу температураға тәуелді екенін есте ұстаған жөн және әдетте деректер парағында «VDS температура коэффициенті» бар. Сондай-ақ, максималды VDS тұрақты кернеу және тізбекте болуы мүмкін кез келген кернеудің жоғарылауы мен толқындары екенін түсінуіңіз керек. Мысалы, 30В құрылғыны 100мВ, 5нс тізбегі бар 30В қуат көзінде пайдалансаңыз, кернеу құрылғының абсолютті максималды шегінен асып кетеді және құрылғы көшкін режиміне өтуі мүмкін. Бұл жағдайда MOSFET сенімділігіне кепілдік берілмейді. Жоғары температурада температура коэффициенті бұзылу кернеуін айтарлықтай өзгерте алады. Мысалы, кернеуі 600 В болатын кейбір N-арналы MOSFET-тер оң температура коэффициентіне ие. Олар максималды түйісу температурасына жақындаған кезде, температура коэффициенті бұл MOSFET-тердің 650 В MOSFET сияқты әрекет етуін тудырады. Көптеген MOSFET пайдаланушыларының дизайн ережелері 10% -дан 20% -ға дейін төмендету коэффициентін талап етеді. Кейбір конструкцияларда нақты бұзылу кернеуі 25°C температурадағы номиналды мәннен 5%-дан 10%-ға дейін жоғары екенін ескере отырып, дизайн үшін өте тиімді болатын нақты дизайнға сәйкес пайдалы дизайн маржасы қосылады. MOSFET-ті дұрыс таңдау үшін бірдей маңызды өткізгіштік процесінде VGS-көзі кернеуінің рөлін түсіну болып табылады. Бұл кернеу берілген максималды RDS(қосу) жағдайында MOSFET толық өткізілуін қамтамасыз ететін кернеу болып табылады. Сондықтан қосулы кедергі әрқашан VGS деңгейіне байланысты және тек осы кернеуде құрылғыны қосуға болады. Дизайндың маңызды салдары RDS(қосу) рейтингіне қол жеткізу үшін пайдаланылатын ең төменгі VGS мәнінен төмен кернеумен MOSFET-ті толықтай қосу мүмкін емес. Мысалы, MOSFET-ті 3,3 В микроконтроллермен толығымен қосу үшін, MOSFET-ті VGS = 2,5 В немесе одан төменірек қосу мүмкіндігі болуы керек.
Қарсыласу, қақпа заряды және «еңбек көрсеткіші»
MOSFET-тің кедергісі әрқашан бір немесе бірнеше қақпадан көзге дейінгі кернеулерде анықталады. Максималды RDS(қосу) шегі әдеттегі мәннен 20% - 50% жоғары болуы мүмкін. RDS(қосу) максималды шегі әдетте 25°C түйіспе температурасындағы мәнді білдіреді. Жоғары температураларда RDS(қосу) 1-суретте көрсетілгендей 30%-дан 150%-ға дейін артуы мүмкін. RDS(қосу) температураға байланысты өзгеретіндіктен және минималды қарсылық мәніне кепілдік берілмейтіндіктен, RDS(қосу) негізінде токты анықтау мүмкін емес. өте дәл әдіс.
1-сурет RDS(қосу) максималды жұмыс температурасының 30% - 150% диапазонында температура артады
Қарсылық N-арнасы және P-арна MOSFET үшін өте маңызды. Қуат көздерін коммутациялау кезінде Qg қуат көздерін коммутациялауда қолданылатын N-арналы MOSFET үшін негізгі таңдау критерийі болып табылады, себебі Qg коммутациялық шығындарға әсер етеді. Бұл жоғалтулардың екі әсері бар: біреуі - MOSFET қосу және өшіруге әсер ететін ауысу уақыты; екіншісі - әрбір ауысу процесі кезінде қақпаның сыйымдылығын зарядтауға қажетті энергия. Есте сақтау керек нәрсе, Qg төменірек Vgs пайдалану коммутациялық шығындарды азайтса да, қақпа көзінің кернеуіне байланысты. Коммутация қолданбаларында қолдануға арналған MOSFET-терді салыстырудың жылдам әдісі ретінде конструкторлар жиі өткізгіштік жоғалтулар үшін RDS(қосу) және коммутациялық жоғалтулар үшін Qg: RDS(on)xQg тұратын сингулярлы формуланы пайдаланады. Бұл «еңбек көрсеткіші» (FOM) құрылғының өнімділігін қорытындылайды және MOSFET-ті типтік немесе максималды мәндер бойынша салыстыруға мүмкіндік береді. Құрылғылар арасында дәл салыстыруды қамтамасыз ету үшін RDS(қосу) және Qg үшін бірдей VGS пайдаланылғанына және жарияланымда типтік және максималды мәндер бір-бірімен араласпағанына көз жеткізуіңіз керек. Төменгі FOM қолданбаларды ауыстыруда жақсы өнімділікті береді, бірақ оған кепілдік берілмейді. Ең жақсы салыстыру нәтижелерін тек нақты тізбекте алуға болады және кейбір жағдайларда схеманы әрбір MOSFET үшін дәл баптау қажет болуы мүмкін. Әртүрлі сынақ жағдайларына негізделген номиналды ток және қуаттың шығыны, MOSFETтердің көпшілігінде деректер парағында бір немесе бірнеше үздіксіз ағызу токтары болады. Рейтингтің көрсетілген корпус температурасында (мысалы, TC=25°C) немесе қоршаған орта температурасында (мысалы, TA=25°C) екенін анықтау үшін деректер парағын мұқият қарағыңыз келеді. Осы мәндердің қайсысы ең маңызды болып табылатыны құрылғы сипаттамаларына және қолданылуына байланысты болады (2-суретті қараңыз).
2-сурет Барлық абсолютті максималды ток және қуат мәндері нақты деректер болып табылады
Тасымалдалатын құрылғыларда қолданылатын шағын беткі қондырғы құрылғылары үшін ең қолайлы ток деңгейі 70°C қоршаған орта температурасында болуы мүмкін. Жылу қабылдағыштары және мәжбүрлі ауа салқындатқышы бар үлкен жабдық үшін TA=25℃ кезіндегі ағымдағы деңгей нақты жағдайға жақынырақ болуы мүмкін. Кейбір құрылғылар үшін матрица өзінің максималды қосылу температурасында пакеттегі шектеулерден көбірек токты өңдей алады. Кейбір деректер парақтарында бұл «шектеулі» ағымдағы деңгей «пакетпен шектелген» ағымдағы деңгейге қосымша ақпарат болып табылады, ол сізге матрицаның беріктігі туралы түсінік береді. Ұқсас ойлар тек температураға ғана емес, сонымен қатар уақытына да байланысты үздіксіз қуат шығынына қатысты. Құрылғыны TA=70℃ температурада 10 секунд бойы PD=4W-де үздіксіз жұмыс істейтінін елестетіңіз. «Үздіксіз» уақыт кезеңін құрайтын нәрсе MOSFET пакетіне байланысты өзгереді, сондықтан 10 секунд, 100 секунд немесе 10 минуттан кейін қуат шығыны қалай көрінетінін көру үшін деректер парағындағы қалыпты жылу өтпелі кедергі сызбасын пайдаланғыңыз келеді. . 3-суретте көрсетілгендей, 10 секундтық импульстен кейін осы мамандандырылған құрылғының жылу кедергі коэффициенті шамамен 0,33 құрайды, бұл пакет шамамен 10 минуттан кейін термиялық қанықтылыққа жеткенде, құрылғының жылуды тарату сыйымдылығы 4 Вт орнына тек 1,33 Вт болады. . Жақсы салқындату кезінде құрылғының жылуды тарату сыйымдылығы шамамен 2 Вт жетуі мүмкін.
3-сурет Қуат импульсі қолданылған кезде MOSFET термиялық кедергісі
Шын мәнінде, MOSFET таңдау әдісін төрт қадамға бөлуге болады.
Бірінші қадам: N арнасын немесе P арнасын таңдаңыз
Дизайныңыз үшін дұрыс құрылғыны таңдаудың бірінші қадамы N-арнасын немесе P-арна MOSFET-ті пайдалануды шешу болып табылады. Әдеттегі қуат қолданбасында, MOSFET жерге қосылғанда және жүктеме желілік кернеуге қосылғанда, MOSFET төменгі жағындағы қосқышты құрайды. Төменгі жағындағы қосқышта құрылғыны өшіру немесе қосу үшін қажетті кернеуді ескере отырып, N-арналы MOSFETтерді пайдалану керек. MOSFET шинаға қосылып, жерге жүктелген кезде жоғары жақтағы қосқыш қолданылады. Әдетте бұл топологияда P-арналы MOSFET пайдаланылады, бұл да кернеуді жетекті қарастырумен байланысты. Қолданбаңызға дұрыс құрылғыны таңдау үшін құрылғыны басқаруға қажетті кернеуді және оны дизайнда орындаудың ең оңай жолын анықтауыңыз керек. Келесі қадам - қажетті кернеу рейтингін немесе құрылғы төтеп бере алатын максималды кернеуді анықтау. Кернеу көрсеткіші неғұрлым жоғары болса, құрылғының құны соғұрлым жоғары болады. Практикалық тәжірибеге сәйкес номиналды кернеу желілік кернеуден немесе шина кернеуінен жоғары болуы керек. Бұл MOSFET істен шықпауы үшін жеткілікті қорғанысты қамтамасыз етеді. MOSFET таңдаған кезде ағызудан көзге дейін рұқсат етілетін максималды кернеуді, яғни максималды VDS анықтау керек. MOSFET максималды кернеуі температураның өзгеруіне төтеп бере алатынын білу маңызды. Дизайнерлер жұмыс температурасының барлық диапазонында кернеудің өзгеруін тексеруі керек. Номиналды кернеу тізбектің істен шықпауын қамтамасыз ету үшін осы вариация ауқымын жабу үшін жеткілікті маржаға ие болуы керек. Дизайн инженерлері ескеруі қажет басқа қауіпсіздік факторлары қозғалтқыштар немесе трансформаторлар сияқты коммутациялық электроника арқылы туындаған кернеудің өтпелі кезеңдерін қамтиды. Әртүрлі қолданбалар үшін номиналды кернеулер өзгереді; әдетте портативті құрылғылар үшін 20В, FPGA қуат көздері үшін 20-30В және 85-220VAC қолданбалары үшін 450-600В.
2-қадам: Номиналды токты анықтаңыз
Екінші қадам - MOSFET ағымдағы рейтингін таңдау. Схема конфигурациясына байланысты бұл номиналды ток жүктеме барлық жағдайларда төтеп бере алатын максималды ток болуы керек. Кернеу жағдайына ұқсас, конструктор таңдалған MOSFET-тің жүйе ағымдағы ағындарды тудырса да, осы ағымдағы рейтингке төтеп бере алатынына көз жеткізуі керек. Қарастырылған екі ағымдағы жағдай - үздіксіз режим және импульстің өсуі. Үздіксіз өткізу режимінде MOSFET тұрақты күйде болады, мұнда ток үздіксіз құрылғы арқылы өтеді. Импульстің жоғарылауы құрылғы арқылы ағып жатқан үлкен толқынды (немесе жоғары токты) білдіреді. Осы шарттардағы максималды ток анықталғаннан кейін, бұл максималды токпен жұмыс істей алатын құрылғыны таңдау ғана. Номиналды токты таңдағаннан кейін өткізгіштік жоғалтуды да есептеу керек. Нақты жағдайларда MOSFET идеалды құрылғы емес, өйткені өткізгіштік жоғалту деп аталатын өткізу процесінде электр энергиясының жоғалуы болады. MOSFET құрылғының RDS(ON) арқылы анықталатын және температураға байланысты айтарлықтай өзгеретін «қосулы» кезінде айнымалы резистор сияқты әрекет етеді. Құрылғының қуат жоғалтуын Iload2×RDS(ON) арқылы есептеуге болады. Қарсылық температураға байланысты өзгеретіндіктен, қуат жоғалуы да пропорционалды түрде өзгереді. MOSFET-ке қолданылатын VGS кернеуі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым RDS(ON) аз болады; керісінше, RDS(ON) соғұрлым жоғары болады. Жүйе конструкторы үшін бұл жерде жүйе кернеуіне байланысты айырбастар 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 ұсынған техникалық деректер парағында табуға болады. Технология құрылғы сипаттамаларына айтарлықтай әсер етеді, себебі кейбір технологиялар максималды VDS ұлғайған кезде RDS(ON) деңгейін арттырады. Мұндай технология үшін VDS және RDS(ON) азайтқыңыз келсе, чип өлшемін ұлғайту керек, осылайша сәйкес пакет өлшемін және онымен байланысты әзірлеу шығындарын көбейтіңіз. Өнеркәсіпте чип көлемінің ұлғаюын бақылауға тырысатын бірнеше технологиялар бар, олардың ең маңыздысы арна мен зарядты теңестіру технологиялары болып табылады. Траншея технологиясында RDS(ON) кедергісін азайту үшін пластинаға терең траншея салынған, әдетте төмен кернеулер үшін сақталған. Максималды VDS-тің RDS(ON) әсерін азайту үшін әзірлеу процесінде эпитаксиалды өсу бағанасы/ою бағанасы процесі пайдаланылды. Мысалы, Fairchild Semiconductor компаниясы RDS(ON) азайту үшін қосымша өндіріс қадамдарын қосатын SuperFET деп аталатын технологияны әзірледі. Бұл RDS(ON) фокусы маңызды, себебі стандартты MOSFET бұзылу кернеуі артқан сайын, RDS(ON) экспоненциалды түрде артады және қалып өлшемін ұлғайтуға әкеледі. SuperFET процесі RDS(ON) мен пластинаның өлшемі арасындағы экспоненциалды қатынасты сызықтық қатынасқа өзгертеді. Осылайша, SuperFET құрылғылары тіпті 600 В-қа дейінгі бұзылу кернеулерімен шағын өлшемдерде тамаша төмен RDS(ON) деңгейіне қол жеткізе алады. Нәтижесінде пластинаның өлшемін 35%-ға дейін азайтуға болады. Түпкі пайдаланушылар үшін бұл пакет көлемінің айтарлықтай қысқаруын білдіреді.
Үшінші қадам: Жылу талаптарын анықтау
MOSFET таңдаудың келесі қадамы жүйенің жылу талаптарын есептеу болып табылады. Дизайнерлер екі түрлі сценарийді, ең нашар жағдай сценарийін және нақты әлем сценарийін қарастыруы керек. Ең нашар жағдайдағы есептеу нәтижесін пайдалану ұсынылады, себебі бұл нәтиже үлкен қауіпсіздік маржасын қамтамасыз етеді және жүйенің істен шықпауын қамтамасыз етеді. Сондай-ақ MOSFET деректер парағында назар аударуды қажет ететін кейбір өлшем деректері 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 теңдеу бойынша жүйенің максималды қуат шығынын шешуге болады, ол анықтамасы бойынша I2×RDS(ON) тең. Конструктор құрылғы арқылы өтетін максималды токты анықтағандықтан, RDS(ON) әртүрлі температурада есептелуі мүмкін. Айта кету керек, қарапайым термиялық модельдермен жұмыс істегенде, конструкторлар сонымен қатар жартылай өткізгішті түйіннің/құрылғы корпусының және корпустың/ортаның жылу сыйымдылығын ескеруі керек; бұл баспа платасы мен орамының бірден қызып кетпеуін талап етеді. Көшкіннің бұзылуы жартылай өткізгіш құрылғыдағы кері кернеудің максималды мәннен асып кетуін және құрылғыдағы токты арттыру үшін күшті электр өрісін қалыптастыруын білдіреді. Бұл ток қуатты таратады, құрылғының температурасын арттырады және құрылғыны зақымдауы мүмкін. Жартылай өткізгіш компаниялар құрылғыларда көшкінге сынақ жүргізеді, олардың көшкінінің кернеуін есептейді немесе құрылғының беріктігін тексереді. Көшкіннің номиналды кернеуін есептеудің екі әдісі бар; бірі – статистикалық әдіс, екіншісі – жылулық есептеу. Жылулық есептеу кеңінен қолданылады, өйткені ол практикалық. Көптеген компаниялар өздерінің құрылғыларын сынау туралы мәліметтерді берді. Мысалы, Fairchild Semiconductor «Қуатты MOSFET Avalanche Guidelines» (Power MOSFET Avalanche Guidelines-Fairchild веб-сайтынан жүктеп алуға болады) қамтамасыз етеді. Есептеуден басқа, технология да көшкін әсеріне үлкен әсер етеді. Мысалы, қалып өлшемін ұлғайту көшкінге төзімділікті арттырады және сайып келгенде құрылғының беріктігін арттырады. Соңғы пайдаланушылар үшін бұл жүйеде үлкенірек пакеттерді пайдалануды білдіреді.
4-қадам: қосқыш өнімділігін анықтау
MOSFET таңдаудағы соңғы қадам MOSFET коммутация өнімділігін анықтау болып табылады. Коммутация өнімділігіне әсер ететін көптеген параметрлер бар, бірақ ең маңыздылары - қақпа/дренаж, қақпа/көз және ағызу/көздің сыйымдылығы. Бұл конденсаторлар құрылғыда ауысу шығындарын тудырады, өйткені олар ауысқан сайын зарядталады. Сондықтан MOSFET ауысу жылдамдығы төмендейді және құрылғының тиімділігі де төмендейді. Коммутация кезінде құрылғыдағы жалпы шығындарды есептеу үшін конструктор қосу кезіндегі жоғалтуларды (Eon) және өшіру кезіндегі жоғалтуларды (Eoff) есептеуі керек. MOSFET қосқышының жалпы қуатын келесі теңдеу арқылы көрсетуге болады: Psw=(Eon+Eoff)×қосу жиілігі. Шкафтың заряды (Qgd) коммутация өнімділігіне ең үлкен әсер етеді. Коммутация өнімділігінің маңыздылығына сүйене отырып, осы коммутация мәселесін шешу үшін үнемі жаңа технологиялар әзірленуде. Чип өлшемін ұлғайту қақпаның зарядын арттырады; бұл құрылғы өлшемін арттырады. Коммутация шығындарын азайту үшін қақпаның зарядын азайтуға бағытталған арнаның қалың түбінің тотығуы сияқты жаңа технологиялар пайда болды. Мысалы, SuperFET жаңа технологиясы RDS(ON) мен қақпа зарядын (Qg) азайту арқылы өткізгіштік шығындарын азайтып, коммутация өнімділігін жақсарта алады. Осылайша, MOSFET коммутация кезінде жоғары жылдамдықты кернеу өтпелі процестерін (dv/dt) және ток өтпелі процестерін (di/dt) жеңе алады және тіпті жоғары коммутация жиіліктерінде сенімді жұмыс істей алады.
Хабарлама уақыты: 23 қазан 2023 ж
