Izbira preklopne cevi paketa MOSFET in diagrami vezja

Prvi korak je izbiraMOSFET-ji, ki sta na voljo v dveh glavnih vrstah: N-kanalni in P-kanalni. V napajalnih sistemih lahko MOSFET-je obravnavamo kot električna stikala. Ko se doda pozitivna napetost med vrata in izvor N-kanalnega MOSFET-a, njegovo stikalo deluje. Med prevajanjem lahko tok teče skozi stikalo od odvoda do izvora. Med odvodom in virom obstaja notranji upor, imenovan RDS(ON) proti uporu. Jasno mora biti, da so vrata MOSFET terminal z visoko impedanco, zato je napetost vedno dodana vratom. To je upor proti ozemljitvi, s katerim so vrata povezana v diagramu vezja, predstavljenem kasneje. Če vrata ostanejo viseča, naprava ne bo delovala, kot je načrtovano, in se lahko vklopi ali izklopi ob neprimernih trenutkih, kar povzroči morebitno izgubo električne energije v sistemu. Ko je napetost med virom in vrati enaka nič, se stikalo izklopi in tok preneha teči skozi napravo. Čeprav je naprava na tej točki izklopljena, je še vedno prisoten majhen tok, ki se imenuje tok uhajanja ali IDSS.

1. korak: Izberite N-kanal ali P-kanal

Prvi korak pri izbiri prave naprave za zasnovo je odločitev, ali boste uporabili N-kanalni ali P-kanalni MOSFET. v tipični električni aplikaciji, ko je MOSFET ozemljen in je obremenitev priključena na glavno napetost, ta MOSFET predstavlja nizkonapetostno stransko stikalo. V nizkonapetostnem stranskem stikalu je N-kanalMOSFETje treba uporabiti zaradi upoštevanja napetosti, potrebne za izklop ali vklop naprave. Ko je MOSFET priključen na vodilo in je breme ozemljeno, je treba uporabiti visokonapetostno stransko stikalo. P-kanalni MOSFET se običajno uporablja v tej topologiji, spet zaradi napetostnega pogona.

2. korak: Določite trenutno oceno

Drugi korak je izbira trenutne vrednosti MOSFET-a. Odvisno od strukture vezja mora biti ta nazivni tok največji tok, ki ga obremenitev lahko prenese v vseh okoliščinah. Podobno kot v primeru napetosti mora načrtovalec zagotoviti, da lahko izbrani MOSFET prenese to nazivno vrednost toka, tudi če sistem ustvarja konične tokove. Dva trenutna obravnavana primera sta neprekinjen način in impulzni skoki. Ta parameter temelji na PODATKOVNEM LISTU cevi FDN304P kot referenci, parametri pa so prikazani na sliki:

V načinu neprekinjenega prevoda je MOSFET v stabilnem stanju, ko tok neprekinjeno teče skozi napravo. Do impulznih konic pride, ko skozi napravo teče velika količina valov (ali koničnega toka). Ko je največji tok pri teh pogojih določen, je preprosto stvar neposredne izbire naprave, ki lahko prenese ta največji tok.

Po izbiri nazivnega toka morate izračunati tudi izgubo prevodnosti. V praksi jeMOSFETni idealna naprava, ker bo v prevodnem procesu prišlo do izgube moči, kar imenujemo prevodna izguba. MOSFET v "on" kot spremenljiv upor, določen z RDS naprave (ON), in s temperaturo in pomembne spremembe. Disipacijo moči naprave je mogoče izračunati iz Iload2 x RDS(ON) in ker se upor pri vklopu spreminja s temperaturo, se disipacija moči spreminja sorazmerno. Višja kot je napetost VGS na MOSFET, manjši bo RDS(ON); obratno, višji bo RDS(ON). Za načrtovalca sistema tukaj pridejo v poštev kompromisi glede na sistemsko napetost. Za prenosne modele je lažje (in pogosteje) uporabiti nižje napetosti, medtem ko je za industrijske modele mogoče uporabiti višje napetosti. Upoštevajte, da upor RDS(ON) nekoliko narašča s tokom. Različice različnih električnih parametrov upora RDS(ON) lahko najdete v tehničnem listu, ki ga priskrbi proizvajalec.

3. korak: Določite toplotne zahteve

Naslednji korak pri izbiri MOSFET-a je izračun toplotnih zahtev sistema. Oblikovalec mora upoštevati dva različna scenarija, najslabši in resnični primer. Izračun za najslabši možni scenarij je priporočljiv, ker ta rezultat zagotavlja večjo mejo varnosti in zagotavlja, da sistem ne bo odpovedal. Na podatkovnem listu MOSFET je tudi nekaj meritev, na katere morate biti pozorni; kot je toplotni upor med polprevodniškim spojem embalirane naprave in okoljem ter najvišja temperatura spoja.

Temperatura stika naprave je enaka najvišji temperaturi okolja plus zmnožek toplotnega upora in odvajanja moči (temperatura stika = najvišja temperatura okolja + [toplotni upor × odvajanje moči]). Iz te enačbe je mogoče rešiti največjo disipacijo moči sistema, ki je po definiciji enaka I2 x RDS(ON). Ker je osebje določilo največji tok, ki bo šel skozi napravo, je RDS(ON) mogoče izračunati za različne temperature. Pomembno je omeniti, da mora načrtovalec pri obravnavi preprostih toplotnih modelov upoštevati tudi toplotno kapaciteto polprevodniškega spoja/ohišja naprave in ohišja/okolja; tj. potrebno je, da se tiskano vezje in paket ne segrejeta takoj.

Običajno je pri PMOSFET prisotna parazitska dioda, funkcija diode je preprečiti povratno povezavo izvor-odtok, za PMOS je prednost pred NMOS ta, da je njegova vklopna napetost lahko 0 in napetostna razlika med Napetost DS ni velika, medtem ko NMOS pod pogojem zahteva, da je VGS večji od praga, kar bo povzročilo, da bo krmilna napetost neizogibno večja od zahtevane napetosti, in bodo nepotrebne težave. PMOS je izbran kot krmilno stikalo za naslednji dve aplikaciji:

Temperatura stika naprave je enaka najvišji temperaturi okolja plus zmnožek toplotnega upora in odvajanja moči (temperatura stika = najvišja temperatura okolja + [toplotni upor × odvajanje moči]). Iz te enačbe je mogoče rešiti največjo disipacijo moči sistema, ki je po definiciji enaka I2 x RDS(ON). Ker je oblikovalec določil največji tok, ki bo šel skozi napravo, je RDS(ON) mogoče izračunati za različne temperature. Pomembno je omeniti, da mora načrtovalec pri obravnavi preprostih toplotnih modelov upoštevati tudi toplotno kapaciteto polprevodniškega spoja/ohišja naprave in ohišja/okolja; tj. potrebno je, da se tiskano vezje in paket ne segrejeta takoj.

Običajno je pri PMOSFET prisotna parazitska dioda, funkcija diode je preprečiti povratno povezavo izvor-odtok, za PMOS je prednost pred NMOS ta, da je njegova vklopna napetost lahko 0 in napetostna razlika med Napetost DS ni velika, medtem ko NMOS pod pogojem zahteva, da je VGS večji od praga, kar bo povzročilo, da bo krmilna napetost neizogibno večja od zahtevane napetosti, in bodo nepotrebne težave. PMOS je izbran kot krmilno stikalo za naslednji dve aplikaciji:

Če pogledamo to vezje, krmilni signal PGC nadzoruje, ali V4.2 napaja P_GPRS ali ne. To vezje, priključki vira in odvoda niso povezani z vzvratno stranjo, R110 in R113 obstajata v smislu, da tok krmilnih vrat R110 ni prevelik, R113 krmili vrata normalnega, dvig R113 na visoko, kot pri PMOS , lahko pa ga vidimo tudi kot dvig krmilnega signala, ko se notranji zatiči MCU zataknejo in dvignejo, to je izhod odprtega odtoka, ko je izhod je z odprtim odtokom in ne more izklopiti PMOS, v tem času je potrebna zunanja napetost, ki je podana navzgor, zato ima upor R113 dve vlogi. Potrebovala bo zunanjo napetost, da bo omogočila dvig, tako da ima upor R113 dve vlogi. r110 je lahko manjši, na 100 ohmov lahko tudi.