MOSFET-Auswahlpunkte

Die Wahl vonMOSFETEs ist sehr wichtig, dass eine schlechte Wahl den Stromverbrauch der gesamten Schaltung beeinträchtigen kann. Die Beherrschung der Nuancen verschiedener MOSFET-Komponenten und Parameter in verschiedenen Schaltkreisen kann Ingenieuren dabei helfen, viele Probleme zu vermeiden. Im Folgenden finden Sie einige Empfehlungen von Guanhua Weiye zur Auswahl von MOSFETs.

Erstens P-Kanal und N-Kanal

Der erste Schritt besteht darin, die Verwendung von N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFETs zu bestimmen. Bei Leistungsanwendungen, wenn ein MOSFET geerdet ist und die Last an die Stammspannung angeschlossen ist, wird dies der Fall seinMOSFETstellt einen niederspannungsseitigen Schalter dar. Beim Schalten auf der Niederspannungsseite werden im Allgemeinen N-Kanal-MOSFETs verwendet, was eine Überlegung für die Spannung ist, die zum Aus- oder Einschalten des Geräts erforderlich ist. Wenn der MOSFET mit dem Bus und der Lastmasse verbunden ist, wird ein hochspannungsseitiger Schalter verwendet. Aus Gründen der Spannungssteuerung werden üblicherweise P-Kanal-MOSFETs verwendet. Um die richtigen Komponenten für die Anwendung auszuwählen, ist es wichtig, die zum Antrieb des Geräts erforderliche Spannung und die einfache Implementierung in das Design zu bestimmen. Der nächste Schritt besteht darin, die erforderliche Nennspannung oder die maximale Spannung zu bestimmen, die die Komponente tragen kann. Je höher die Nennspannung, desto höher sind die Kosten des Geräts. In der Praxis sollte die Nennspannung höher sein als die Stamm- oder Busspannung. Dies bietet ausreichend Schutz, sodass der MOSFET nicht ausfällt. Für die MOSFET-Auswahl ist es wichtig, die maximale Spannung zu bestimmen, die von Drain zu Source ausgehalten werden kann, d. h. der maximale VDS. Daher ist es wichtig zu wissen, dass die maximale Spannung, die der MOSFET aushalten kann, mit der Temperatur variiert. Entwickler müssen den Spannungsbereich über den gesamten Betriebstemperaturbereich testen. Die Nennspannung muss ausreichend Spielraum haben, um diesen Bereich abzudecken, um sicherzustellen, dass der Stromkreis nicht ausfällt. Darüber hinaus müssen weitere Sicherheitsfaktoren in Bezug auf induzierte Spannungstransienten berücksichtigt werden.

Zweitens ermitteln Sie die aktuelle Bewertung

Der Nennstrom des MOSFET hängt von der Schaltungsstruktur ab. Der Nennstrom ist der maximale Strom, dem die Last unter allen Umständen standhalten kann. Ähnlich wie im Spannungsfall muss der Entwickler sicherstellen, dass der ausgewählte MOSFET diesen Nennstrom auch dann tragen kann, wenn das System einen Spitzenstrom erzeugt. Die beiden derzeit zu berücksichtigenden Szenarien sind der kontinuierliche Modus und Impulsspitzen. Der MOSFET befindet sich im Dauerleitungsmodus in einem stabilen Zustand, wenn kontinuierlich Strom durch das Gerät fließt. Unter Impulsspitzen versteht man eine große Anzahl von Überspannungen (oder Stromspitzen), die durch das Gerät fließen. Sobald der maximale Strom ermittelt wurde, muss einfach direkt ein Gerät ausgewählt werden, das diesem maximalen Strom standhalten kann.

Nach Auswahl des Nennstroms wird auch der Leitungsverlust berechnet. In bestimmten FällenMOSFETAufgrund der elektrischen Verluste, die beim Leitvorgang auftreten, den sogenannten Leitungsverlusten, sind sie keine idealen Bauelemente. Im eingeschalteten Zustand fungiert der MOSFET als variabler Widerstand, der durch den RDS(ON) des Geräts bestimmt wird und sich erheblich mit der Temperatur ändert. Der Leistungsverlust des Geräts kann aus Iload2 x RDS(ON) berechnet werden, und da der Einschaltwiderstand mit der Temperatur variiert, variiert der Leistungsverlust proportional. Je höher die an den MOSFET angelegte Spannung VGS ist, desto niedriger ist RDS(ON); umgekehrt, je höher der RDS(ON). Für den Systemdesigner kommen hier die Kompromisse je nach Systemspannung ins Spiel. Bei tragbaren Designs sind niedrigere Spannungen einfacher (und üblicher), während bei Industriedesigns höhere Spannungen verwendet werden können. Beachten Sie, dass der RDS(ON)-Widerstand mit dem Strom leicht ansteigt.

Die Technologie hat einen enormen Einfluss auf die Komponenteneigenschaften, und einige Technologien neigen dazu, bei einer Erhöhung des maximalen VDS zu einer Erhöhung des RDS(ON) zu führen. Für solche Technologien ist eine Vergrößerung der Wafergröße erforderlich, wenn VDS und RDS(ON) gesenkt werden sollen, wodurch sich die damit verbundene Gehäusegröße und die entsprechenden Entwicklungskosten erhöhen. In der Branche gibt es eine Reihe von Technologien, die versuchen, die Zunahme der Wafergröße zu kontrollieren. Die wichtigsten davon sind Graben- und Ladungsausgleichstechnologien. Bei der Trench-Technologie wird ein tiefer Graben in den Wafer eingebettet, der normalerweise für niedrige Spannungen reserviert ist, um den Einschaltwiderstand RDS(ON) zu reduzieren.

III. Bestimmen Sie die Anforderungen an die Wärmeableitung

Der nächste Schritt besteht darin, den thermischen Bedarf des Systems zu berechnen. Es müssen zwei verschiedene Szenarien betrachtet werden, der Worst Case und der Real Case. TPV empfiehlt, die Ergebnisse für den Worst-Case-Szenario zu berechnen, da diese Berechnung einen größeren Sicherheitsspielraum bietet und gewährleistet, dass das System nicht ausfällt.

IV. Schaltleistung

Abschließend noch die Schaltleistung des MOSFET. Es gibt viele Parameter, die die Schaltleistung beeinflussen. Die wichtigsten sind Gate/Drain-, Gate/Source- und Drain/Source-Kapazität. Diese Kapazitäten verursachen Schaltverluste im Bauteil, da sie bei jedem Schalten aufgeladen werden müssen. Dadurch verringert sich die Schaltgeschwindigkeit des MOSFET und die Effizienz des Geräts nimmt ab. Um die Gesamtverluste im Gerät während des Schaltens zu berechnen, muss der Entwickler die Verluste beim Einschalten (Eon) und die Verluste beim Ausschalten (Eoff) berechnen. Dies kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Psw = (Eon + Eoff) x Schaltfrequenz. Und die Gate-Ladung (Qgd) hat den größten Einfluss auf die Schaltleistung.