1. Introducere

MOSFETs vin în patru tipuri diferite. Ele pot fi accesoriu sau modul de epuizare, iar acestea pot fi n-canal sau p-canal. Suntem interesați numai de n-channel MOSFET mode accesoriu, iar acestea vor fi singurii vorbit de acum încolo. Există, de asemenea, la nivel de MOSFETs logica și MOSFETs normale. Putem folosi orice tip.

Terminalul de sursă este în mod normal una negativa, iar scurgerea este cel pozitiv (numele se referă la sursa și de scurgere de electroni). Diagrama de mai sus prezintă o diodă conectat peste MOSFET. Această diodă se numește "dioda intrinsecă", deoarece este construit în structura de siliciu a MOSFET. Este o consecință a modului MOSFET de putere sunt create în straturile de siliciu, și pot fi foarte utile. In cele mai multe arhitecturi MOSFET, este evaluat la același curent ca și MOSFET în sine.

2. Alegerea unui MOSFET.

Pentru a examina parametrii MOSFETs, este util să aibă un eșantion de date la îndemână. Clic aici pentru a deschide o foaie de date pentru redresor IRF3205 International, pe care o vom putea referi la. În primul rând, trebuie să trecem prin unii dintre parametrii frapante pe care le vom face.

2.1. MOSFET Parametrii

La rezistență, R_{ds (pe).}
Aceasta este rezistența între bornele sursă și de scurgere atunci când MOSFET este pornit pe deplin.

Curent maxim de scurgere, I_{d (max).}
Acesta este curentul maxim pe care MOSFET poate suporta trecerea de la scurgere la sursă. Ea este determinată în mare măsură de pachetul și Rds (on).

Disiparea puterii, P_d.
Aceasta este capacitatea maximă de putere de manipulare a MOSFET, care depinde în mare măsură de tipul de ambalaj este în.

linear factor de descărcare.
Acest lucru este cât de mult parametrul de putere maximă de disipare de mai sus trebuie să fie redusă cu fiecare ° C, pe măsură ce temperatura crește peste 25ºC.

Energia avalanșei E_A
Acest lucru este cât de multă energie MOSFET poate rezista în condiții de avalanșă. Avalanșă apare atunci când tensiunea maximă de scurgere la sursă este depășită, și curentul se repede prin MOSFET. Acest lucru nu cauzează daune permanente atâta timp cât energie (putere x timp) în avalanșă nu depășește valoarea maximă.

Recuperare diodă de vârf, dv / dt
Acesta este cât de repede dioda intrinsecă poate trece de la starea de oprire (polarizată invers) la stat asupra (dirijat). Aceasta depinde de cât de mult de tensiune a fost peste ea înainte de a fi pornit. De aceea, timpul necesar, t = (tensiune / vârf dioda de recuperare inversă).

DTensiune de avarie ploaie-la-sursă, V_DSS.
Aceasta este tensiunea maximă care poate fi plasat la scurgere la sursă atunci când MOSFET este oprit.

Rezistență termică, θ_jc.
Pentru mai multe informații cu privire la rezistența termică, a se vedea capitolul despre heatsinks.

Tensiunea pragului porții, V_{GS (th)}
Acest lucru este minim tensiunea necesară între poarta și sursa terminale pentru a activa MOSFET pe. Acesta va avea nevoie de mai mult decât acest lucru să-l transforme pe deplin.

Transconductanță înainte, g_fs
Pe măsură ce tensiunea de poarta-sursă este crescută, atunci când MOSFET este doar incepand de a activa, are o relație destul de liniară între Vgs și curentul de scurgere. Acest parametru este pur și simplu (Id / Vgs), în această secțiune liniară.

Capacitate de intrare, C_iss
Aceasta este capacitatea catalogheaza între terminalul poarta și terminalele sursă și de scurgere. Capacitatea de scurgere este cel mai important.

Există o introducere mai detaliată a MOSFETs în (PDF) Documentul International Rectifier Acrobat Elementele de bază de putere MOSFET. Aceasta explică unde provin unii parametri în ceea ce privește construirea MOSFET.

2.2. Face alegerea

Energie electrică și termică

Puterea pe care MOSFET va trebui să se confrunte cu unul dintre factorii majori decisivi. Puterea disipată într-un MOSFET este de tensiune peste ea ori curentul care trece prin ea. Chiar dacă este trecerea unor cantități mari de energie, acest lucru ar trebui să fie destul de mici, deoarece fie tensiunea de peste este foarte mică (comutator este închis - MOSFET este pornit), sau curentul care trece prin ea este foarte mică (comutator este deschis - MOSFET este off). Tensiunea la bornele MOSFET atunci când este pornit va fi rezistența MOSFET, Rds (on) ori curentul merge aprofundată ea. Această rezistență, RDSON, pentru MOSFET de putere bună va fi mai mică de 0.02 Ohmi. Apoi, puterea disipată în MOSFET este:

Pentru un curent de 40 amperi, RDSON de 0.02 Ohmi, această putere este 32 Watts. Fără un radiator, MOSFET-ar arde disipatoare de această putere de mult. Alegerea unui radiator este un subiect în sine, care este motivul pentru care există un capitol dedicat-l: heatsinks.

On-rezistența nu este singura cauza de disipare de putere în MOSFET. O altă sursă se produce atunci când MOSFET este comutarea între stări. Pentru o scurtă perioadă de timp, MOSFET este pe jumătate și pe jumătate off. Folosind aceleași cifre exemplu ca mai sus, curentul poate fi la jumătate din valoare, 20 amperi, iar tensiunea poate fi la jumătate din valoare, 6 Volți în același timp. Acum, puterea disipată este 20 × 6 = 120 Watts. Cu toate acestea, MOSFET este disipatoare numai acest lucru pentru o scurtă perioadă de timp în care MOSFET este comutarea între stări. Disipata medie a puterii cauzate de aceasta este, prin urmare, mult mai puțin, și depinde de timpii relativi care MOSFET este de comutare și nu de comutare. Disiparea medie este dată de ecuația:

2.3. Exemplu:

Problemă Un MOSFET este pornit la 20kHz, și ia 1 microsecundă pentru a comuta între state (cu privire la off și off la pornit). Tensiunea de alimentare este 12v și curentul 40 amperi. Se calculează media pierderea de putere de comutare, presupunând că tensiunea și curentul sunt la valori și jumătate în timpul perioadei de comutare.

Soluţie: La 20kHz, există un MOSFET de comutare la fiecare apariție 25 microsecunde (un comutator de pe fiecare 50 microsecunde, și un comutator de pe fiecare 50 microsecunde). Prin urmare, raportul de comutare timp în timp total este 1 / 25 = 0.04. Disiparea de putere la comutarea este (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Prin urmare, pierderea medie de comutare este 120W x = 0.04 4.8 Watts.

Orice putere disipată de peste aproximativ 1 Watt impune ca MOSFET este montat pe un radiator. MOSFETs de putere vin într-o varietate de pachete, dar au în mod normal o filă de metal care este plasat radiatorul, și este folosit pentru a conduce căldura departe de semiconductor MOSFET.

Manipularea puterii pachetului fără un radiator suplimentar este foarte mic. Pe unele MOSFETs, urechea de metal este conectat intern la una dintre bornele MOSFETs - de obicei, de scurgere. Acesta este un dezavantaj, deoarece înseamnă că nu se poate potrivi mai mult de un MOSFET la un radiator electric, fără a izola pachetul MOSFET de radiator de metal. Acest lucru se poate face cu foi subțiri de mică amplasate între ambalaj și radiatorul. Unii au pachetul MOSFETs izolate din terminalele, ceea ce este mai bine. La sfârșitul zilei, decizia este probabil să se bazeze în preț cu toate acestea!

2.3.1. de curent de scurgere

MOSFETs sunt, în general, promovate de actualul lor de scurgere maxim. Blurb de publicitate, precum și lista de caracteristici de pe partea din față a foaie de date poate cita un curent continuu de scurgere, Id-ul, de 70 amperi, și un curent de scurgere în impulsuri de 350 amperi. Trebuie sa fii foarte atent cu aceste cifre. Ele nu sunt valorile medii generale, dar maximul MOSFET va efectua în conformitate cu cele mai bune condiții posibile. Pentru început, ele sunt în mod normal cotate pentru a fi utilizate la o temperatură pachet de 25 ° C. Este foarte puțin probabil, atunci când trec 70 amperi că acest caz va fi în continuare la 25ºC! În fișa tehnică trebuie să existe un grafic modul în care această cifră derates cu creșterea temperaturii.

Pulsat Curentul de scurgere este întotdeauna cotat în conformitate cu comutare condiții cu timpii de comutare, în scris, foarte mic, la partea de jos a paginii! Acest lucru poate fi o lățime de puls maxim de câteva sute de microsecunde, și un ciclu de utilizare (procentajul de timp ON la OFF) de numai 2%, ceea ce nu este foarte practic. Pentru mai multe informații despre ratingurile actuale ale MOSFETs, au o privire la acest document International Rectifier.

În cazul în care nu puteți găsi un singur MOSFET cu un suficient curent de scurgere maxim de mare, atunci vă puteți conecta mai mult de unul din paralel. A se vedea mai târziu pentru informații cu privire la modul de a face acest lucru.

2.3.2. Viteză

Vei fi folosind MOSFET într-un mod de comutare pentru a controla viteza motoarelor. Așa cum am văzut mai devreme, cu atât mai mult că MOSFET este în starea în care nu este nici pe nici oprit, mai multă putere va risipi. Unii sunt mai rapide decât MOSFETs altele. Cele mai multe cele moderne va fi ușor suficient de rapid pentru a comuta la câteva zeci de kHz, din moment ce acest lucru este aproape întotdeauna modul în care acestea sunt utilizate. Pe pagina 2 din foaie de date, ar trebui să vedeți parametrii Turn-On Delay Time, Rise Time, Turn-Off Timp de întârziere și timpul de cădere. În cazul în care acestea sunt adunate în sus, vă va da perioada aproximativă minimă pătrat val care ar putea fi folosite pentru a comuta acest MOSFET: 229ns. Aceasta reprezintă o frecvență de 4.3MHz. Rețineți că s-ar obține foarte cald, deși, pentru că s-ar petrece o mulțime de timp în cursul trecerii de stat.

3. Un exemplu de design

Pentru a obține o idee despre modul de utilizare a parametrilor și graficele din foaia de date, vom trece printr-un exemplu de design:
Problemă: Un circuit de control al vitezei de pod complet este proiectat pentru a controla un motor 12v. Frecvența de comutare trebuie să fie peste limita sonoră (20kHz). Motorul are o rezistență totală de 0.12 Ohmi. Alege MOSFETs potrivite pentru circuitul de pod, într-o limită de preț rezonabil, și sugerează orice heatsinking care ar putea fi necesare. Temperatura ambiantă se presupune a fi 25ºC.

Soluţie: Vă permite să aibă o privire la IRF3205 și a vedea dacă este potrivit. În primul rând de scurgere cerința actuală. La stand, motorul va lua 12v / 0.12 Ohmi = 100 amperi. Vom face mai întâi o presupunere, la temperatura de joncțiune, la 125ºC Noi trebuie să găsim ceea ce curentul maxim de scurgere este de la 125ºC mai întâi. Graficul din figura 9 ne arată că la 125ºC, curentul maxim de scurgere este de aproximativ 65 amperi. Prin urmare, IRF2s 3205, în paralel, ar trebui să fie capabil în acest sens.

Cât de multă putere va cele două MOSFETs paralele se disipă? Să începem cu puterea disipată în timp ce poziția ON, iar motorul oprit, sau doar la început. Aceasta este actuala timpii la pătrat on-rezistență. Ce este RDS (pe) la 125ºC? Figura 4 arată modul în care aceasta a fost redusă de la valoarea sa pe prima pagină a 0.008 Ohmi, cu un factor de aproximativ 1.6. Prin urmare, presupunem RDS (on) va fi 0.008 x 1.6 = 0.0128. Prin urmare, PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Cât de mult din timpul va fi motorul fie oprit sau de a începe? Acest lucru este imposibil de spus, așa că va trebui să ghicească. 20% din timp este destul de o figură conservatoare - este probabil să fie mult mai puțin. Din moment ce puterea produce căldură, iar conducta de căldură este un proces destul de lent, efectul de disipare puterii tinde să se mediată pe perioade de timp destul de lung, în regiunea de secunde. Prin urmare, putem cerința de putere, reduceti cu citat 20%, pentru a ajunge la o disipare de putere medie de 32W x 20% = 6.4W.

Acum trebuie să adăugăm puterea disipată din cauza comutare. Acest lucru va avea loc în timpul creșterii și toamna ori, care sunt citate în tabelul de caracteristici electrice ca 100ns și 70ns respectiv. Presupunând că driverul MOSFET poate furniza suficient curent pentru a îndeplini cerințele acestor cifre (poarta sursa de rezistență unitate de curent 2.5 Ohmi = puls unitate de ieșire de 12v / 2.5 Ohmi = 4.8 amperi), atunci raportul timpului de comutare la starea de echilibru de timp este 170ns * 20kHz = 3.4mW care este negligable. Aceste temporizări on-off sunt un pic brut Cu toate acestea, pentru mai multe informații despre on-off de ori, a se vedea aici.

Acum, ce sunt cerințele de comutare? Nava de conducător auto MOSFET vom folosi va face față cu cele mai multe dintre acestea, dar merita verificarea acestora. Rândul său, la tensiune, Vgs (th), din graficele din Figura 3 este doar peste 5 volți. Am văzut deja că conducătorul auto ar trebui să fie în măsură să realizeze 4.8 amperi pentru o perioadă foarte scurtă de timp.

Acum, ce despre radiator. Este posibil să doriți să citiți capitolul despre această secțiune înainte de heatsinks. Ne dorim să se mențină temperatura pentru joncțiunea semiconductoare de mai jos 125ºC, și ni sa spus că temperatura ambiantă este de 25ºC. Prin urmare, cu un MOSFET disipatoare de 6.4W, în medie, rezistența termică totală trebuie să fie mai mică (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ° C / W. Rezistența termică de la intersecția la caz face pentru 0.75 ºC / W de acest lucru, caz tipic pentru valorile radiatorului (utilizând compus termic) sunt 0.2 ° C / W, care lasă 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ° C / W pentru radiator în sine. Heatsinks din această valoare θjc sunt destul de mici și ieftine. Rețineți că același radiatorul poate fi folosit atât pentru MOSFETs la stânga sau la dreapta a sarcinii pe puntea H, deoarece aceste două MOSFETs niciodată ambele sunt în același timp, și astfel poate fi niciodată atât disipă putere acelasi timp. Cazurile de ele trebuie să fie izolate electric cu toate acestea. A se vedea pagina heatsinks pentru mai multe informații privind izolarea electrică necesară.

4. drivere MOSFET

Pentru a activa un MOSFET de putere pe, terminalul de poarta trebuie să fie setat la o tensiune de cel puțin 10 volți mai mare decât terminalul sursă (aproximativ 4 volți pentru MOSFET nivel logic). Acest lucru este confortabil peste parametrul Vgs (th).

O caracteristică a MOSFETs de putere este că acestea au o mare capacitate rătăcit între poarta și celelalte terminale, CISS. Efectul acestui fapt este că, atunci când pulsul la terminalul de poarta sosește, ea trebuie să se încarce mai întâi această capacitate înainte de poarta de tensiune se poate ajunge la volți 10 necesare. Terminalul de poarta, apoi în mod eficient ține de curent. Prin urmare, circuitul care conduce terminalul de poarta ar trebui să fie capabil să furnizeze un curent rezonabil, astfel încât capacitățile parazite pot fi încărcate cât mai repede posibil. Cel mai bun mod de a face acest lucru este de a utiliza un cip dedicat conducător auto MOSFET.

Există o mulțime de MOSFET șofer chips-uri disponibile de la mai multe companii. Unele dintre acestea sunt afișate cu link-uri către fișele tehnice din tabelul de mai jos. Unele necesită terminalul sursă MOSFET să se bazeze (pentru inferioare 2 MOSFETs într-un pod plin sau doar un simplu circuit de comutare). Unii pot conduce un MOSFET cu sursa de la o tensiune mai mare. Acestea au o pompă on-chip de încărcare, ceea ce înseamnă că pot genera volți 22 necesare pentru a transforma MOSFET superioară într-un brifge pe deplin. TDA340 controlează chiar secvența swicthing pentru tine. Unele pot livra la fel de mult ca și 6 amperi curent ca un puls foarte scurt pentru a încărca până la poarta capacitate de dispersie.

Pentru mai multe informații despre MOSFETs și cum să le conducă, International Rectifier are un set de documente tehnice cu privire la gama lor HEXFET aici.

De multe ori veți vedea un rezistor de valoare mică între conducătorul auto MOSFET și terminalul MOSFET poarta. Acest lucru este de a se umezi în jos orice oscilații de apel cauzate de plumb inductanță și poarta de capacitate, care altfel poate depăși tensiunea maximă permisă pe terminalul de poarta. De asemenea, ea incetineste rata la care MOSFET pornește și se oprește. Acest lucru poate fi util în cazul în care diode intrinseci MOSFET nu pornesc suficient de repede. Mai multe detalii cu privire la acest lucru pot fi găsite în documentele tehnice International Rectifier.

5. MOSFETs paralleling

MOSFETs pot fi plasate în paralel pentru a îmbunătăți capacitatea de manipulare curent. Pur și simplu se alăture Poarta, sursa și terminalele Drain împreună. Orice număr de MOSFETs poate fi paralel, dar rețineți că poarta capacitate se adauga ca tine paralel mai multe MOSFETs, și în cele din urmă driverul MOSFET nu va fi în măsură să le conducă. Rețineți că nu puteți Parellel tranzistori bipolară ca acest lucru. Motivele care stau la baza acestei sunt discutate într-un document tehnic aici.

Anterior:Ce este un MOSFET, ce se pare că și cum funcționează?

Următor →:FMUSER X01 transmițător FM radio aduce la zonele de război ravasit

Lăsaţi un mesaj

Lista de mesaje

Comentarii Loading ...

produse Categoria

produse Tag-uri

Fmuser Site-uri

Ce sunt driverele MOSFET și MOSFET?

Lăsaţi un mesaj

Lista de mesaje