Διαγράμματα επιλογής και κυκλώματος σωλήνων μεταγωγής πακέτου MOSFET

Το πρώτο βήμα είναι να κάνετε μια επιλογή απόMOSFET, τα οποία διατίθενται σε δύο βασικούς τύπους: N-κανάλι και P-κανάλι. Στα συστήματα ισχύος, τα MOSFET μπορούν να θεωρηθούν ως ηλεκτρικοί διακόπτες. Όταν προστίθεται μια θετική τάση μεταξύ της πύλης και της πηγής ενός MOSFET N-καναλιού, ο διακόπτης του μεταφέρει. Κατά τη διάρκεια της αγωγιμότητας, το ρεύμα μπορεί να ρέει μέσω του διακόπτη από την αποχέτευση στην πηγή. Υπάρχει μια εσωτερική αντίσταση μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής που ονομάζεται on-resistance RDS(ON). Πρέπει να είναι σαφές ότι η πύλη ενός MOSFET είναι ένας ακροδέκτης υψηλής σύνθετης αντίστασης, επομένως πάντα προστίθεται τάση στην πύλη. Αυτή είναι η αντίσταση στη γείωση στην οποία είναι συνδεδεμένη η πύλη στο διάγραμμα κυκλώματος που παρουσιάζεται παρακάτω. Εάν η πύλη αφεθεί να κρέμεται, η συσκευή δεν θα λειτουργεί όπως έχει σχεδιαστεί και μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί σε ακατάλληλες στιγμές, με αποτέλεσμα πιθανή απώλεια ισχύος στο σύστημα. Όταν η τάση μεταξύ της πηγής και της πύλης είναι μηδέν, ο διακόπτης σβήνει και το ρεύμα σταματά να ρέει μέσω της συσκευής. Αν και η συσκευή είναι απενεργοποιημένη σε αυτό το σημείο, εξακολουθεί να υπάρχει ένα μικρό ρεύμα, το οποίο ονομάζεται ρεύμα διαρροής ή IDSS.

Βήμα 1: Επιλέξτε N-channel ή P-channel

Το πρώτο βήμα για την επιλογή της σωστής συσκευής για ένα σχέδιο είναι να αποφασίσετε εάν θα χρησιμοποιήσετε ένα MOSFET καναλιού N ή καναλιού P. σε μια τυπική εφαρμογή ισχύος, όταν ένα MOSFET είναι γειωμένο και το φορτίο είναι συνδεδεμένο με την τάση του κορμού, αυτό το MOSFET αποτελεί τον πλευρικό διακόπτη χαμηλής τάσης. Σε έναν πλευρικό διακόπτη χαμηλής τάσης, ένα κανάλι NMOSFETθα πρέπει να χρησιμοποιείται λόγω της συνεκτίμησης της τάσης που απαιτείται για την απενεργοποίηση ή την ενεργοποίηση της συσκευής. Όταν το MOSFET είναι συνδεδεμένο στο δίαυλο και το φορτίο είναι γειωμένο, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο πλευρικός διακόπτης υψηλής τάσης. Ένα MOSFET καναλιού P χρησιμοποιείται συνήθως σε αυτήν την τοπολογία, και πάλι για λόγους κίνησης τάσης.

Βήμα 2: Προσδιορίστε την τρέχουσα βαθμολογία

Το δεύτερο βήμα είναι να επιλέξετε την τρέχουσα βαθμολογία του MOSFET. Ανάλογα με τη δομή του κυκλώματος, αυτή η ονομαστική τιμή ρεύματος θα πρέπει να είναι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να αντέξει το φορτίο υπό όλες τις συνθήκες. Όπως και στην περίπτωση της τάσης, ο σχεδιαστής πρέπει να διασφαλίσει ότι το επιλεγμένο MOSFET μπορεί να αντέξει αυτήν την ονομαστική τιμή ρεύματος, ακόμη και όταν το σύστημα παράγει ρεύματα αιχμής. Οι δύο τρέχουσες περιπτώσεις που εξετάζονται είναι η συνεχής λειτουργία και οι αιχμές παλμού. Αυτή η παράμετρος βασίζεται στο FDN304P tube DATASHEET ως αναφορά και οι παράμετροι φαίνονται στο σχήμα:

Στη λειτουργία συνεχούς αγωγιμότητας, το MOSFET βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση, όταν το ρεύμα ρέει συνεχώς μέσα από τη συσκευή. Αιχμές παλμού είναι όταν υπάρχει μεγάλη ποσότητα υπέρτασης (ή ρεύμα αιχμής) που ρέει μέσα από τη συσκευή. Μόλις καθοριστεί το μέγιστο ρεύμα υπό αυτές τις συνθήκες, είναι απλώς θέμα άμεσης επιλογής μιας συσκευής που μπορεί να αντέξει αυτό το μέγιστο ρεύμα.

Αφού επιλέξετε το ονομαστικό ρεύμα, πρέπει επίσης να υπολογίσετε την απώλεια αγωγιμότητας. Στην πράξη, τοMOSFETδεν είναι η ιδανική συσκευή, γιατί στην αγώγιμη διαδικασία θα υπάρξει απώλεια ισχύος, η οποία ονομάζεται απώλεια αγωγιμότητας. MOSFET στο "on" σαν μια μεταβλητή αντίσταση, που καθορίζεται από το RDS της συσκευής (ON), και με τη θερμοκρασία και τις σημαντικές αλλαγές. Η απαγωγή ισχύος της συσκευής μπορεί να υπολογιστεί από το Iload2 x RDS(ON) και εφόσον η αντίσταση ενεργοποίησης ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία, η απαγωγή ισχύος ποικίλλει αναλογικά. Όσο υψηλότερη είναι η τάση VGS που εφαρμόζεται στο MOSFET, τόσο μικρότερο θα είναι το RDS(ON). αντίστροφα, τόσο υψηλότερο θα είναι το RDS(ON). Για τον σχεδιαστή του συστήματος, εδώ μπαίνουν στο παιχνίδι οι ανταλλαγές ανάλογα με την τάση του συστήματος. Για φορητά σχέδια, είναι ευκολότερο (και πιο συνηθισμένο) να χρησιμοποιούνται χαμηλότερες τάσεις, ενώ για βιομηχανικά σχέδια, υψηλότερες τάσεις. Σημειώστε ότι η αντίσταση RDS(ON) αυξάνεται ελαφρώς με το ρεύμα. Παραλλαγές στις διάφορες ηλεκτρικές παραμέτρους της αντίστασης RDS(ON) μπορείτε να βρείτε στο φύλλο τεχνικών δεδομένων που παρέχεται από τον κατασκευαστή.

Βήμα 3: Προσδιορίστε τις θερμικές απαιτήσεις

Το επόμενο βήμα για την επιλογή ενός MOSFET είναι ο υπολογισμός των θερμικών απαιτήσεων του συστήματος. Ο σχεδιαστής πρέπει να εξετάσει δύο διαφορετικά σενάρια, τη χειρότερη περίπτωση και την αληθινή περίπτωση. Συνιστάται ο υπολογισμός για το χειρότερο σενάριο, επειδή αυτό το αποτέλεσμα παρέχει μεγαλύτερο περιθώριο ασφάλειας και διασφαλίζει ότι το σύστημα δεν θα αποτύχει. Υπάρχουν επίσης ορισμένες μετρήσεις που πρέπει να γνωρίζετε στο φύλλο δεδομένων MOSFET. όπως η θερμική αντίσταση μεταξύ της ένωσης ημιαγωγών της συσκευασμένης συσκευής και του περιβάλλοντος, και η μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης.

Η θερμοκρασία διακλάδωσης της συσκευής είναι ίση με τη μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος συν το γινόμενο της θερμικής αντίστασης και της απαγωγής ισχύος (θερμοκρασία σύνδεσης = μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος + [θερμική αντίσταση × απαγωγή ισχύος]). Από αυτή την εξίσωση μπορεί να λυθεί η μέγιστη διασπορά ισχύος του συστήματος, η οποία είναι εξ ορισμού ίση με I2 x RDS(ON). Εφόσον το προσωπικό έχει καθορίσει το μέγιστο ρεύμα που θα περάσει από τη συσκευή, το RDS(ON) μπορεί να υπολογιστεί για διαφορετικές θερμοκρασίες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι όταν ασχολείται με απλά θερμικά μοντέλα, ο σχεδιαστής πρέπει επίσης να λάβει υπόψη τη θερμοχωρητικότητα της διασταύρωσης ημιαγωγών/θήκης της συσκευής και τη θήκη/περιβάλλον. δηλ. απαιτείται να μην ζεσταθούν αμέσως η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η συσκευασία.

Συνήθως, ένα PMOSFET, θα υπάρχει μια παρασιτική δίοδος, η λειτουργία της διόδου είναι να αποτρέπει την αντίστροφη σύνδεση πηγής-αποχέτευσης, για το PMOS, το πλεονέκτημα έναντι του NMOS είναι ότι η τάση ενεργοποίησης του μπορεί να είναι 0 και η διαφορά τάσης μεταξύ του Η τάση DS δεν είναι μεγάλη, ενώ το NMOS υπό προϋπόθεση απαιτεί το VGS να είναι μεγαλύτερο από το όριο, το οποίο θα οδηγήσει στον έλεγχο η τάση είναι αναπόφευκτα μεγαλύτερη από την απαιτούμενη τάση και θα υπάρξει περιττό πρόβλημα. Το PMOS επιλέγεται ως διακόπτης ελέγχου για τις ακόλουθες δύο εφαρμογές:

Η θερμοκρασία διακλάδωσης της συσκευής είναι ίση με τη μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος συν το γινόμενο της θερμικής αντίστασης και της απαγωγής ισχύος (θερμοκρασία σύνδεσης = μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος + [θερμική αντίσταση × απαγωγή ισχύος]). Από αυτή την εξίσωση μπορεί να λυθεί η μέγιστη διασπορά ισχύος του συστήματος, η οποία είναι εξ ορισμού ίση με I2 x RDS(ON). Δεδομένου ότι ο σχεδιαστής έχει καθορίσει το μέγιστο ρεύμα που θα περάσει από τη συσκευή, το RDS(ON) μπορεί να υπολογιστεί για διαφορετικές θερμοκρασίες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι όταν ασχολείται με απλά θερμικά μοντέλα, ο σχεδιαστής πρέπει επίσης να λάβει υπόψη τη θερμοχωρητικότητα της διασταύρωσης ημιαγωγών/θήκης της συσκευής και τη θήκη/περιβάλλον. δηλ. απαιτείται να μην ζεσταθούν αμέσως η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η συσκευασία.

Κοιτάζοντας αυτό το κύκλωμα, το σήμα ελέγχου PGC ελέγχει εάν το V4.2 τροφοδοτεί ή όχι με ρεύμα το P_GPRS. Αυτό το κύκλωμα, οι ακροδέκτες πηγής και αποστράγγισης δεν συνδέονται με την όπισθεν, τα R110 και R113 υπάρχουν με την έννοια ότι το ρεύμα της πύλης ελέγχου R110 δεν είναι πολύ μεγάλο, το R113 ελέγχει την πύλη της κανονικής, R113 pull-up σε υψηλή, από το PMOS , αλλά μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως pull-up στο σήμα ελέγχου, όταν οι εσωτερικές ακίδες MCU και pull-up, δηλαδή, η έξοδος του ανοιχτού αγωγού όταν η έξοδος είναι ανοιχτή-αποχέτευση, και δεν μπορεί να οδηγήσει το PMOS μακριά, αυτή τη στιγμή, είναι απαραίτητο να δοθεί εξωτερική τάση pull-up, έτσι η αντίσταση R113 παίζει δύο ρόλους. Θα χρειαστεί μια εξωτερική τάση για να δώσει το pull-up, οπότε η αντίσταση R113 παίζει δύο ρόλους. Το r110 μπορεί να είναι μικρότερο, έως 100 ohms μπορεί επίσης.