Избор на превключваща тръба на MOSFET пакет и електрическа схема

Първата стъпка е да направите избор наMOSFET транзистори, които се предлагат в два основни вида: N-канал и P-канал. В енергийните системи MOSFET могат да се разглеждат като електрически ключове. Когато се добави положително напрежение между портата и източника на N-канален MOSFET, неговият ключ се провежда. По време на проводимостта, токът може да тече през превключвателя от дренажа към източника. Съществува вътрешно съпротивление между изтичането и източника, наречено съпротивление при включване RDS(ON). Трябва да е ясно, че портата на MOSFET е терминал с висок импеданс, така че към портата винаги се добавя напрежение. Това е съпротивлението спрямо земята, към което е свързан портата в електрическата схема, представена по-късно. Ако портата остане висяща, устройството няма да работи както е проектирано и може да се включи или изключи в неподходящи моменти, което води до потенциална загуба на мощност в системата. Когато напрежението между източника и гейта е нула, превключвателят се изключва и токът спира да тече през устройството. Въпреки че устройството е изключено в този момент, все още има малък ток, който се нарича ток на утечка или IDSS.

Стъпка 1: Изберете N-канал или P-канал

Първата стъпка при избора на правилното устройство за дизайн е да решите дали да използвате N-канален или P-канален MOSFET. в типично захранващо приложение, когато MOSFET е заземен и товарът е свързан към основното напрежение, този MOSFET представлява страничния превключвател за ниско напрежение. В страничен ключ за ниско напрежение, N-каналMOSFETтрябва да се използва поради съображението за напрежението, необходимо за изключване или включване на устройството. Когато MOSFET е свързан към шината и товарът е заземен, трябва да се използва страничният ключ за високо напрежение. В тази топология обикновено се използва P-канал MOSFET, отново за съображения за задвижване на напрежението.

Стъпка 2: Определете текущия рейтинг

Втората стъпка е да изберете текущия рейтинг на MOSFET. В зависимост от структурата на веригата, този номинален ток трябва да бъде максималният ток, който товарът може да издържи при всякакви обстоятелства. Подобно на случая с напрежението, дизайнерът трябва да гарантира, че избраният MOSFET може да издържи на този номинален ток, дори когато системата генерира пикови токове. Двата разглеждани текущи случая са непрекъснат режим и импулсни пикове. Този параметър се основава на ЛИСТА С ДАННИ за тръба FDN304P като справка и параметрите са показани на фигурата:

В режим на непрекъсната проводимост MOSFET е в стабилно състояние, когато токът тече непрекъснато през устройството. Импулсни пикове са, когато има голямо количество удар (или пиков ток), протичащ през устройството. След като бъде определен максималният ток при тези условия, става въпрос просто за директен избор на устройство, което може да издържи този максимален ток.

След като изберете номиналния ток, трябва да изчислите и загубата на проводимост. На практика,MOSFETне е идеалното устройство, тъй като в процеса на проводимост ще има загуба на мощност, която се нарича загуба на проводимост. MOSFET в "включено" като променливо съпротивление, определено от RDS на устройството (ON), както и с температурата и значителните промени. Разсейването на мощността на устройството може да се изчисли от Iload2 x RDS(ON) и тъй като съпротивлението при включване варира в зависимост от температурата, разсейването на мощността варира пропорционално. Колкото по-високо е напрежението VGS, приложено към MOSFET, толкова по-малък ще бъде RDS(ON); обратно, толкова по-висок ще бъде RDS(ON). За дизайнера на системата тук влизат в действие компромисите в зависимост от системното напрежение. За преносими дизайни е по-лесно (и по-често) да се използват по-ниски напрежения, докато за промишлени дизайни могат да се използват по-високи напрежения. Обърнете внимание, че съпротивлението RDS(ON) се повишава леко с течението. Вариациите в различните електрически параметри на резистора RDS(ON) могат да бъдат намерени в техническия лист с данни, предоставен от производителя.

Стъпка 3: Определете топлинните изисквания

Следващата стъпка при избора на MOSFET е да се изчислят топлинните изисквания на системата. Дизайнерът трябва да обмисли два различни сценария, най-лошия случай и истинския случай. Изчислението за най-лошия сценарий се препоръчва, тъй като този резултат осигурява по-голяма граница на безопасност и гарантира, че системата няма да се повреди. Има и някои измервания, които трябва да знаете в информационния лист на MOSFET; като термичното съпротивление между полупроводниковия преход на опакованото устройство и околната среда и максималната температура на прехода.

Температурата на прехода на устройството е равна на максималната околна температура плюс произведението на термичното съпротивление и разсейването на мощността (температура на прехода = максималната околна температура + [топлинно съпротивление × разсейване на мощността]). От това уравнение може да се реши максималното разсейване на мощността на системата, което по дефиниция е равно на I2 x RDS(ON). Тъй като персоналът е определил максималния ток, който ще премине през устройството, RDS(ON) може да се изчисли за различни температури. Важно е да се отбележи, че когато се работи с прости термични модели, дизайнерът трябва също така да вземе предвид топлинния капацитет на полупроводниковия преход/кутия на устройството и корпуса/околната среда; т.е. изисква се печатната платка и опаковката да не се затоплят веднага.

Обикновено, PMOSFET, ще има паразитен диод, функцията на диода е да предотврати обратната връзка източник-източване, за PMOS, предимството пред NMOS е, че неговото напрежение при включване може да бъде 0 и разликата в напрежението между DS напрежението не е много, докато условието за NMOS изисква VGS да е по-голямо от прага, което ще доведе до управляващото напрежение неизбежно да е по-голямо от необходимото напрежение и ще има ненужни проблеми. PMOS е избран като контролен ключ за следните две приложения:

Температурата на прехода на устройството е равна на максималната околна температура плюс произведението на термичното съпротивление и разсейването на мощността (температура на прехода = максималната околна температура + [топлинно съпротивление × разсейване на мощността]). От това уравнение може да се реши максималното разсейване на мощността на системата, което по дефиниция е равно на I2 x RDS(ON). Тъй като дизайнерът е определил максималния ток, който ще премине през устройството, RDS(ON) може да се изчисли за различни температури. Важно е да се отбележи, че когато се работи с прости термични модели, дизайнерът трябва също така да вземе предвид топлинния капацитет на полупроводниковия преход/кутия на устройството и корпуса/околната среда; т.е. изисква се печатната платка и опаковката да не се затоплят веднага.

Обикновено, PMOSFET, ще има паразитен диод, функцията на диода е да предотврати обратната връзка източник-източване, за PMOS, предимството пред NMOS е, че неговото напрежение при включване може да бъде 0 и разликата в напрежението между DS напрежението не е много, докато условието за NMOS изисква VGS да е по-голямо от прага, което ще доведе до управляващото напрежение неизбежно да е по-голямо от необходимото напрежение и ще има ненужни проблеми. PMOS е избран като контролен ключ за следните две приложения:

Разглеждайки тази верига, контролният сигнал PGC контролира дали V4.2 захранва или не P_GPRS. Тази верига, клемите за източник и изтичане не са свързани към обратната страна, R110 и R113 съществуват в смисъл, че R110 контролен ток на вратата не е твърде голям, R113 контролира портата на нормалното, R113 издърпване до високо, както на PMOS , но също така може да се разглежда като изтегляне на управляващия сигнал, когато вътрешните щифтове на MCU и издърпване, т.е. изходът на отворения дренаж, когато изходът е с отворен дренаж и не може да изключи PMOS, в този момент е необходимо външно напрежение, дадено изтегляне, така че резисторът R113 играе две роли. Ще се нуждае от външно напрежение, за да даде изтегляне, така че резисторът R113 играе две роли. r110 може да бъде по-малък, до 100 ома също може.