MOSFET-paketomkopplingsrörval och kretsdiagram

Det första steget är att göra ett urval avMOSFET, som finns i två huvudtyper: N-kanal och P-kanal. I kraftsystem kan MOSFETs ses som elektriska omkopplare. När en positiv spänning adderas mellan grinden och källan för en N-kanals MOSFET, leder dess omkopplare. Under ledning kan ström flyta genom omkopplaren från avloppet till källan. Det finns ett internt motstånd mellan avloppet och källan som kallas on-resistance RDS(ON). Det måste vara tydligt att grinden på en MOSFET är en terminal med hög impedans, så en spänning läggs alltid till grinden. Detta är motståndet mot jord som grinden är ansluten till i kopplingsschemat som presenteras senare. Om porten lämnas hängande kommer enheten inte att fungera som avsett och kan slås på eller stängas av vid olämpliga ögonblick, vilket kan leda till potentiell strömavbrott i systemet. När spänningen mellan källan och grinden är noll stängs strömbrytaren av och ström slutar flöda genom enheten. Även om enheten är avstängd vid denna tidpunkt finns det fortfarande en liten ström, som kallas läckström eller IDSS.

Steg 1: Välj N-kanal eller P-kanal

Det första steget för att välja rätt enhet för en design är att bestämma om en N-kanal eller P-kanal MOSFET ska användas. i en typisk krafttillämpning, när en MOSFET är jordad och lasten är ansluten till trunkspänningen, utgör denna MOSFET lågspänningssidoomkopplaren. I en lågspänningssidobrytare, en N-kanalMOSFETbör användas med hänsyn till den spänning som krävs för att stänga av eller slå på enheten. När MOSFET är ansluten till bussen och lasten är jordad, ska högspänningssidobrytaren användas. En P-kanal MOSFET används vanligtvis i denna topologi, återigen för spänningsdrivningsöverväganden.

Steg 2: Bestäm det aktuella betyget

Det andra steget är att välja aktuell klassificering av MOSFET. Beroende på kretsstrukturen bör denna strömstyrka vara den maximala ström som belastningen kan motstå under alla omständigheter. I likhet med fallet med spänning måste konstruktören säkerställa att den valda MOSFET-enheten kan motstå denna strömstyrka, även när systemet genererar spikströmmar. De två aktuella fallen som övervägs är kontinuerligt läge och pulsspikar. Denna parameter är baserad på FDN304P tub DATASHEET som referens och parametrarna visas i figuren:

I kontinuerligt ledningsläge är MOSFET:en i stadigt tillstånd när ström flyter kontinuerligt genom enheten. Pulsspikar är när det finns en stor mängd överspänning (eller spikström) som flyter genom enheten. När den maximala strömmen under dessa förhållanden väl har bestämts är det helt enkelt en fråga om att direkt välja en enhet som klarar denna maximala ström.

Efter att ha valt märkström måste du också beräkna ledningsförlusten. I praktikenMOSFETär inte den ideala enheten, eftersom det i den ledande processen kommer att uppstå strömförlust, vilket kallas ledningsförlust. MOSFET i "på" som ett variabelt motstånd, bestäms av enhetens RDS (ON), och med temperaturen och betydande förändringar. Enhetens effektförlust kan beräknas från Iload2 x RDS(ON), och eftersom på-motståndet varierar med temperaturen, varierar effektförlusten proportionellt. Ju högre spänning VGS som appliceras på MOSFET, desto mindre kommer RDS(ON) att vara; omvänt desto högre RDS(ON) blir. För systemdesignern är det här avvägningarna kommer in i bilden beroende på systemspänningen. För bärbara konstruktioner är det lättare (och vanligare) att använda lägre spänningar, medan för industriella konstruktioner kan högre spänningar användas. Observera att RDS(ON)-resistansen stiger något med strömmen. Variationer i de olika elektriska parametrarna för RDS(ON)-motståndet finns i det tekniska databladet som tillhandahålls av tillverkaren.

Steg 3: Bestäm termiska krav

Nästa steg i valet av en MOSFET är att beräkna systemets termiska krav. Designern måste överväga två olika scenarier, det värsta fallet och det sanna fallet. Beräkningen för det värsta scenariot rekommenderas eftersom detta resultat ger en större säkerhetsmarginal och säkerställer att systemet inte kommer att gå sönder. Det finns också några mätningar att vara medveten om på MOSFET-databladet; såsom den termiska resistansen mellan halvledarövergången hos den förpackade anordningen och miljön, och den maximala övergångstemperaturen.

Anordningens kopplingstemperatur är lika med den maximala omgivningstemperaturen plus produkten av termiskt motstånd och effektförlust (övergångstemperatur = maximal omgivningstemperatur + [termiskt motstånd × effektförlust]). Från denna ekvation kan systemets maximala effektförlust lösas, vilket per definition är lika med I2 x RDS(ON). Eftersom personalen har bestämt den maximala strömmen som ska passera genom enheten kan RDS(ON) beräknas för olika temperaturer. Det är viktigt att notera att när det handlar om enkla termiska modeller måste konstruktören också ta hänsyn till värmekapaciteten hos halvledarövergången/enhetshöljet och höljet/miljön; dvs det krävs att kretskortet och förpackningen inte värms upp omedelbart.

Vanligtvis, en PMOSFET, kommer det att finnas en parasitisk diod närvarande, diodens funktion är att förhindra käll-drain omvänd anslutning, för PMOS är fördelen jämfört med NMOS att dess startspänning kan vara 0, och spänningsskillnaden mellan DS-spänningen är inte mycket, medan NMOS på villkor kräver att VGS är större än tröskeln, vilket kommer att leda till att styrspänningen oundvikligen är högre än den erforderliga spänningen, och det blir onödiga problem. PMOS väljs som kontrollomkopplare för följande två applikationer:

Anordningens kopplingstemperatur är lika med den maximala omgivningstemperaturen plus produkten av termiskt motstånd och effektförlust (övergångstemperatur = maximal omgivningstemperatur + [termiskt motstånd × effektförlust]). Från denna ekvation kan systemets maximala effektförlust lösas, vilket per definition är lika med I2 x RDS(ON). Eftersom konstruktören har bestämt den maximala ström som kommer att passera genom enheten, kan RDS(ON) beräknas för olika temperaturer. Det är viktigt att notera att när det handlar om enkla termiska modeller måste konstruktören också ta hänsyn till värmekapaciteten hos halvledarövergången/enhetshöljet och höljet/miljön; dvs det krävs att kretskortet och förpackningen inte värms upp omedelbart.

Vanligtvis, en PMOSFET, kommer det att finnas en parasitisk diod närvarande, diodens funktion är att förhindra käll-drain omvänd anslutning, för PMOS är fördelen jämfört med NMOS att dess startspänning kan vara 0, och spänningsskillnaden mellan DS-spänningen är inte mycket, medan NMOS på villkor kräver att VGS är större än tröskeln, vilket kommer att leda till att styrspänningen oundvikligen är högre än den erforderliga spänningen, och det blir onödiga problem. PMOS väljs som kontrollomkopplare för följande två applikationer:

Om man tittar på denna krets styr styrsignalen PGC huruvida V4.2 levererar ström till P_GPRS eller inte. Denna krets, source- och drain-klämmorna är inte anslutna till det omvända, R110 och R113 existerar i den meningen att R110 styr gate-strömmen inte är för stor, R113 styr grinden för den normala, R113 pull-up till hög, från och med PMOS , men kan också ses som en pull-up på styrsignalen, när MCU:ns interna stift och pull-up, det vill säga utgången från open-drain när utgången är open-drain, och kan inte köra PMOS av, vid denna tidpunkt är det nödvändigt att extern spänning ges pull-up, så motstånd R113 spelar två roller. Den kommer att behöva en extern spänning för att ge pull-up, så motståndet R113 spelar två roller. r110 kan vara mindre, till 100 ohm kan också.