Auswahl und Schaltpläne für MOSFET-Paketschaltröhren

Der erste Schritt besteht darin, eine Auswahl zu treffenMOSFETs, die es in zwei Haupttypen gibt: N-Kanal und P-Kanal. In Stromversorgungssystemen kann man sich MOSFETs als elektrische Schalter vorstellen. Wenn zwischen Gate und Source eines N-Kanal-MOSFET eine positive Spannung angelegt wird, leitet sein Schalter. Während der Leitung kann Strom durch den Schalter vom Drain zur Source fließen. Zwischen Drain und Source besteht ein Innenwiderstand, der als Einschaltwiderstand RDS(ON) bezeichnet wird. Es muss klar sein, dass das Gate eines MOSFET ein hochohmiger Anschluss ist, sodass dem Gate immer eine Spannung hinzugefügt wird. Dies ist der Widerstand gegen Erde, mit dem das Gate im später vorgestellten Schaltplan verbunden ist. Wenn das Tor baumelt, funktioniert das Gerät nicht wie vorgesehen und schaltet sich möglicherweise zu ungünstigen Zeitpunkten ein oder aus, was zu einem möglichen Stromausfall im System führen kann. Wenn die Spannung zwischen Source und Gate Null ist, schaltet der Schalter aus und es fließt kein Strom mehr durch das Gerät. Obwohl das Gerät zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet ist, ist immer noch ein kleiner Strom vorhanden, der als Leckstrom oder IDSS bezeichnet wird.

Schritt 1: Wählen Sie N-Kanal oder P-Kanal

Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Geräts für ein Design besteht darin, zu entscheiden, ob ein N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFET verwendet werden soll. Wenn in einer typischen Leistungsanwendung ein MOSFET geerdet ist und die Last an die Stammspannung angeschlossen ist, stellt dieser MOSFET den Schalter auf der Niederspannungsseite dar. Bei einem niederspannungsseitigen Schalter ein N-KanalMOSFETsollte aufgrund der Berücksichtigung der Spannung verwendet werden, die zum Aus- oder Einschalten des Geräts erforderlich ist. Wenn der MOSFET an den Bus angeschlossen und die Last geerdet ist, ist der Schalter auf der Hochspannungsseite zu verwenden. In dieser Topologie wird normalerweise ein P-Kanal-MOSFET verwendet, wiederum aus Gründen der Spannungssteuerung.

Schritt 2: Bestimmen Sie die aktuelle Bewertung

Der zweite Schritt besteht darin, die aktuelle Nennleistung des MOSFET auszuwählen. Je nach Schaltungsaufbau sollte dieser Nennstrom der maximale Strom sein, dem die Last unter allen Umständen standhalten kann. Ähnlich wie bei Spannung muss der Entwickler sicherstellen, dass der ausgewählte MOSFET diesem Nennstrom standhält, selbst wenn das System Spitzenströme erzeugt. Die beiden aktuell betrachteten Fälle sind Dauerbetrieb und Impulsspitzen. Dieser Parameter basiert auf dem DATENBLATT der FDN304P-Röhre als Referenz und die Parameter sind in der Abbildung dargestellt:

Im kontinuierlichen Leitungsmodus befindet sich der MOSFET im stationären Zustand, wenn kontinuierlich Strom durch das Gerät fließt. Von Impulsspitzen spricht man, wenn ein großer Stromstoß (oder Spitzenstrom) durch das Gerät fließt. Nachdem der maximale Strom unter diesen Bedingungen ermittelt wurde, muss nur noch direkt ein Gerät ausgewählt werden, das diesem maximalen Strom standhält.

Nach der Auswahl des Nennstroms müssen Sie auch den Leitungsverlust berechnen. In der Praxis ist dieMOSFETist nicht das ideale Gerät, da es beim leitenden Prozess zu einem Leistungsverlust kommt, der als Leitungsverlust bezeichnet wird. MOSFET im „Ein“-Zustand wie ein variabler Widerstand, der durch den RDS (EIN) des Geräts und mit der Temperatur und erheblichen Änderungen bestimmt wird. Die Verlustleistung des Geräts kann aus Iload2 x RDS(ON) berechnet werden, und da der Einschaltwiderstand mit der Temperatur variiert, variiert die Verlustleistung proportional. Je höher die an den MOSFET angelegte Spannung VGS ist, desto kleiner ist RDS(ON); umgekehrt ist der RDS(ON) umso höher. Für den Systemdesigner kommen hier die Kompromisse je nach Systemspannung ins Spiel. Bei tragbaren Designs ist es einfacher (und häufiger), niedrigere Spannungen zu verwenden, während bei Industriedesigns höhere Spannungen verwendet werden können. Beachten Sie, dass der RDS(ON)-Widerstand mit dem Strom leicht ansteigt. Variationen in den verschiedenen elektrischen Parametern des RDS(ON)-Widerstands finden Sie im technischen Datenblatt des Herstellers.

Schritt 3: Bestimmen Sie die thermischen Anforderungen

Der nächste Schritt bei der Auswahl eines MOSFET besteht in der Berechnung der thermischen Anforderungen des Systems. Der Designer muss zwei verschiedene Szenarien berücksichtigen, den Worst-Case und den True-Case. Die Berechnung für den Worst-Case-Szenario wird empfohlen, da dieses Ergebnis einen größeren Sicherheitsspielraum bietet und sicherstellt, dass das System nicht ausfällt. Auch im MOSFET-Datenblatt sind einige Maße zu beachten; B. der Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterübergang des verpackten Geräts und der Umgebung sowie die maximale Übergangstemperatur.

Die Sperrschichttemperatur des Geräts entspricht der maximalen Umgebungstemperatur plus dem Produkt aus Wärmewiderstand und Verlustleistung (Sperrschichttemperatur = maximale Umgebungstemperatur + [Wärmewiderstand × Verlustleistung]). Aus dieser Gleichung lässt sich die maximale Verlustleistung des Systems ermitteln, die per Definition gleich I2 x RDS(ON) ist. Da das Personal den maximalen Strom bestimmt hat, der durch das Gerät fließt, kann RDS(ON) für verschiedene Temperaturen berechnet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass der Designer beim Umgang mit einfachen thermischen Modellen auch die Wärmekapazität des Halbleiterübergangs/Gerätegehäuses und des Gehäuses/der Umgebung berücksichtigen muss; Das heißt, es ist erforderlich, dass sich die Leiterplatte und das Gehäuse nicht sofort erwärmen.

Normalerweise ist bei einem PMOSFET eine parasitäre Diode vorhanden. Die Funktion der Diode besteht darin, die Source-Drain-Verpolung zu verhindern. Bei PMOS besteht der Vorteil gegenüber NMOS darin, dass seine Einschaltspannung 0 sein kann und die Spannungsdifferenz zwischen den Die DS-Spannung ist nicht groß, während die NMOS-Einschaltbedingung erfordert, dass VGS größer als der Schwellenwert ist, was dazu führt, dass die Steuerspannung zwangsläufig größer als die erforderliche Spannung ist und es zu unnötigen Problemen kommt. PMOS wird als Steuerschalter für die folgenden zwei Anwendungen gewählt:

Die Sperrschichttemperatur des Geräts entspricht der maximalen Umgebungstemperatur plus dem Produkt aus Wärmewiderstand und Verlustleistung (Sperrschichttemperatur = maximale Umgebungstemperatur + [Wärmewiderstand × Verlustleistung]). Aus dieser Gleichung lässt sich die maximale Verlustleistung des Systems ermitteln, die per Definition gleich I2 x RDS(ON) ist. Da der Entwickler den maximalen Strom bestimmt hat, der durch das Gerät fließt, kann RDS(ON) für verschiedene Temperaturen berechnet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass der Designer beim Umgang mit einfachen thermischen Modellen auch die Wärmekapazität des Halbleiterübergangs/Gerätegehäuses und des Gehäuses/der Umgebung berücksichtigen muss; Das heißt, es ist erforderlich, dass sich die Leiterplatte und das Gehäuse nicht sofort erwärmen.

In dieser Schaltung steuert das Steuersignal PGC, ob V4.2 P_GPRS mit Strom versorgt oder nicht. In dieser Schaltung sind die Source- und Drain-Anschlüsse nicht umgekehrt verbunden. R110 und R113 existieren in dem Sinne, dass R110 den Gate-Strom nicht zu groß steuert , kann aber auch als Pull-up am Steuersignal angesehen werden, wenn die MCU-internen Pins und Pull-up verwendet werden, d. h. der Ausgang ist Open-Drain, und der Ausgang kann nicht angesteuert werden Wenn der PMOS ausgeschaltet ist, muss zu diesem Zeitpunkt eine externe Spannung angelegt werden, sodass der Widerstand R113 zwei Rollen spielt. Für den Pull-Up ist eine externe Spannung erforderlich, daher spielt der Widerstand R113 zwei Rollen. r110 kann kleiner sein, bis 100 Ohm auch.