1. Introducció

MOSFETs són de quatre tipus diferents. Poden ser de millora o la manera d'esgotament, i poden ser de canal n o p-canal. Només estem interessats en els MOSFET de canal n en mode d'enriquiment, i aquests seran els únics parlat d'ara en endavant. També hi ha MOSFET de nivell lògic i MOSFETs normals. Podem utilitzar qualsevol tipus.

El terminal font és normalment el negatiu un, i el drenatge és el positiu (els noms es refereixen a la font i el drenatge dels electrons). El diagrama anterior mostra un díode connectat a través del MOSFET. Aquest díode és cridat el "díode intrínsec", ja que està integrat en l'estructura de silici del MOSFET. És una conseqüència de la forma MOSFET de potència es creen en les capes de silici, i pot ser molt útil. En la majoria de les arquitectures MOSFET, que està classificat en la mateixa corrent que la pròpia MOSFET.

2. L'elecció d'un MOSFET.

Per examinar els paràmetres de MOSFETs, és útil tenir un full de dades de la mostra a mà. feu clic aquí per obrir un full de dades per al rectificador IRF3205 Internacional, el qual ens referirem a. En primer lloc cal passar per alguns dels paràmetres principals que es van a tractar.

2.1. paràmetres MOSFET

Resistència, R_{ds (baix).}
Aquesta és la resistència entre els terminals de font i drenatge quan el MOSFET s'activa completament en.

Corrent màxim de drenatge, I_{d (max).}
Aquesta és la corrent màxima que el MOSFET pot suportar passar de drenatge a la font. Es determina en gran mesura pel paquet i RDS (on).

Dissipació de potència, P_d.
Aquesta és la màxima capacitat de maneig de potència del MOSFET, que depèn en gran mesura del tipus de paquet que es troba.

factor de correcció lineal.
Això és el que el paràmetre de dissipació de potència màxima anterior ha de ser reduïda per cada ºC, ja que la temperatura s'eleva per sobre 25ºC.

Energia d’allau E_A
Aquesta és la quantitat d'energia que el MOSFET pot suportar en condicions d'allau. Allau es produeix quan s'excedeix el màxim de tensió drenatge-font, i el corrent va a través de la MOSFET. Això no causa cap dany permanent, sempre que l'energia (temps x alimentació) en l'allau no excedeixi el màxim.

Recuperació de díodes màxims, dv / dt
Aquesta és la rapidesa amb què el díode intrínsec pot anar des de l'estat d'apagada (polarització inversa) per a l'estat connectat (realització). Depèn de la quantitat de tensió estava a l'altre costat abans que s'encengui. Per tant el temps emprat, t = (recuperació de díode de tensió / inversa de bec).

DVoltatge de desglossament pluja-font, V_DSS.
Aquest és el voltatge màxim que es pot col·locar de drenatge a la font quan el MOSFET està apagat.

Resistència tèrmica, θ_jc.
Per a més informació sobre la resistència tèrmica, vegeu el capítol sobre els dissipadors de calor.

Voltatge del llindar de la porta, V_{GS (TH)}
Aquesta és la tensió mínima necessària entre els terminals de porta i de font per activar el MOSFET en. Es necessitarà més que això per convertir-lo completament en.

Transconductància cap endavant, g_fs
A mesura que s'incrementa la tensió de porta-font, quan el MOSFET està començant a encendre, té una relació bastant lineal entre VGS i el corrent de drenatge. Aquest paràmetre és simplement (Id / VGS) en aquesta secció lineal.

Capacitat d'entrada, C_ISS
Aquesta és la resistència interna negligible entre el terminal de porta i els terminals de font i de drenatge. La capacitància al drenatge és el més important.

Hi ha una introducció més detallada en els MOSFET en el document International Rectifier Acrobat (PDF) Conceptes bàsics d'alimentació MOSFET. Això explica on provenen alguns dels paràmetres en termes de construcció del MOSFET.

2.2. Fer l'elecció

Energia i calor

El poder que el MOSFET haurà de fer front és un dels principals factors decisius. La potència dissipada en un MOSFET és el voltatge a través d'ella vegades el corrent que passa a través d'ell. Tot i que es tracta de canviar grans quantitats d'energia, això hauria de ser bastant petit, ja sigui perquè el voltatge a través d'ella és molt petita (interruptor està tancat - MOSFET està encès), o el corrent que passa a través d'ella és molt petita (interruptor està obert - MOSFET és apagat). El voltatge a través del MOSFET quan està encès serà la resistència del MOSFET, RDS (on) vegades el corrent va a fons la mateixa. Aquesta resistència, RDSon, per bones MOSFET de potència serà menor que 0.02 Ohms. A continuació, la potència dissipada en el MOSFET és:

Per un corrent d'40 amperes, RDSon de 0.02 Ohms, aquest poder és 32 Watts. Sense un dissipador de calor, el MOSFET cremaria dissipar tanta potència. L'elecció d'un dissipador de calor és un tema en si mateix, de manera que hi ha un capítol dedicat a ella: dissipadors de calor.

La resistència de connexió no és l'única causa de la dissipació de potència en el MOSFET. Una altra font es produeix quan el MOSFET està canviant entre estats. Durant un curt període de temps, el MOSFET està en la meitat i l'altra meitat fora. Utilitzant les mateixes figures d'exemple que l'anterior, el corrent pot estar en un mitjà valor, 20 Amps, i la tensió pot estar en un mitjà valor, 6 volts al mateix temps. Ara, la potència dissipada és 20 × 6 120 = Watts. No obstant això, el MOSFET només està dissipant això pel curt període de temps que el MOSFET està canviant entre estats. Per tant, la dissipació de potència mitjana causada per això és molt menys, i depèn dels temps relatius que el MOSFET està canviant i que no canvien. La dissipació mitjana està donada per l'equació:

2.3. exemple:

Problema Un MOSFET es connecta al 20kHz, i pren 1 microsegon per canviar entre els estats (encès a apagat i apagat a activat). La tensió d'alimentació és 12v i el corrent 40 amperes. Calcular la mitjana de pèrdua de potència de commutació, suposant que el voltatge i el corrent són a la meitat dels valors durant el període de commutació.

Solució: En 20kHz, hi ha una ocurrència commutació MOSFET cada 25 microsegons (un interruptor en cada 50 microsegons, i un interruptor de apagat cada 50 microsegons). Per tant, la relació de temps de commutació per al temps total és 1 / 25 = 0.04. La dissipació de potència durant el tancament serà (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Per tant les pèrdues de commutació mitjana és 120W x = 0.04 4.8 Watts.

Qualsevol dissipació de potència per sobre d'aproximadament 1 Watt requereix que el MOSFET està muntat sobre un dissipador de calor. Els MOSFET de potència vénen en una varietat de paquets, però normalment una llengüeta metàl·lica que es col·loca contra el dissipador de calor, i s'utilitza per a conduir la calor lluny de la semiconductor MOSFET.

El maneig de la potència del paquet sense un dissipador de calor extra és molt petita. En alguns MOSFETs, la llengüeta de metall està connectat internament a una de les terminals de MOSFETs - en general desguàs. Això és un desavantatge, ja que significa que vostè no pot cabre més d'un MOSFET d'un dissipador de calor sense aïllar elèctricament el paquet MOSFET del dissipador de calor de metall. Això es pot fer amb fulles de mica prima col·locats entre el paquet i el dissipador de calor. Alguns MOSFETs tenen el paquet aïllat dels terminals, el que és millor. Al final del dia, la seva decisió és probable que es basa en el preu però!

2.3.1. corrent de drenatge

MOSFETs són generalment anuncien per la seva corrent màxim de drenatge. La propaganda publicitària, i la llista de característiques en la part frontal del full de dades poden citar un corrent continu de drenatge, Aneu, de 70 ampers i un corrent de drenatge polsada de 350 amperes. Cal tenir molta cura amb aquestes figures. No són els valors mitjans generals, però el màxim del MOSFET realitzaran en les millors condicions possibles. Per començar, que normalment es citen per al seu ús a una temperatura paquet de 25 ºC. És molt poc probable quan s'està de pas 70 ampers que el cas seguirà sent en 25ºC! En el full de dades hauria de ser un gràfic de la xifra que redueix la potència en augmentar la temperatura.

El corrent de drenatge per impulsos sempre és citat sota condicions de canviar amb els temps de connexió en lletra molt petita a la part inferior de la pàgina! Això pot ser un ample de pols màxima d'un parell de centenars de microsegons, i un cicle de treball (percentatge de temps ON a OFF) de solament 2%, el que no és molt pràctic. Per obtenir més informació sobre les classificacions actuals dels MOSFETs, fer una ullada a aquest document International Rectifier.

Si no pot trobar un sol MOSFET amb un corrent de drenatge màxima prou alta, llavors es pot connectar més d'una en paral·lel. Veure més endavant per obtenir informació sobre com fer això.

2.3.2. velocitat

Vostè va a utilitzar el MOSFET en una manera de commutació per controlar la velocitat dels motors. Com hem vist abans, com més temps que el MOSFET està en l'estat en el qual no és ni el ni fora, més l'energia que es dissiparà. Alguns MOSFETs són més ràpids que altres. La majoria dels moderns seran fàcilment ser prou ràpid per canviar en diverses desenes de kHz, ja que és gairebé sempre la forma en què s'utilitzen. A la pàgina 2 del full de dades, hauria de veure els paràmetres de temps d'activació de retard, temps de pujada, Turn-Off temps de retard i temps de caiguda. Si aquests es suma tot, se li donarà el període mínim aproximat d'ona quadrada que es podria utilitzar per canviar aquest MOSFET: 229ns. Això representa una freqüència de 4.3MHz. Recordeu que seria arribar a estar molt calent, ja que encara que seria passar molt del seu temps a la commutació sobre l'estat.

3. Un exemple de disseny

Per tenir una idea de com utilitzar els paràmetres i els gràfics en el full de dades, anirem a través d'un exemple de disseny:
Problema: Un circuit de control de velocitat de pont complet està dissenyat per controlar un motor 12v. La freqüència de commutació ha d'estar per sobre del límit audible (20kHz). El motor té una resistència total de 0.12 Ohms. Trieu MOSFET adequades per al circuit de pont, dins d'un límit de preu raonable, i suggerir qualsevol heatsinking que pugui ser necessària. La temperatura ambient se suposa que és 25ºC.

Solució: Anem a fer una ullada a la IRF3205 i veure si és adequat. En primer lloc el requisit actual de drenatge. A la parada, el motor es durà a 12v / 0.12 100 Ohms = Ampers. Primer farem una conjectura en la temperatura de la unió, en 125ºC Cal buscar el que el corrent màxim de drenatge està en 125ºC primer. El gràfic de la figura 9 ens mostra que en 125ºC, la màxima corrent de fuga és d'aproximadament 65 amperes. Per tant IRF2s 3205 en paral·lel han de ser capaços referent a això.

La quantitat d'energia seran els dos MOSFETs en paral·lel es dissipen? Anem a començar amb la dissipació de potència, mentre que en el motor i estancat, o acaba de començar. És a dir, els actuals temps quadrat a la resistència. Què és RDS (on) a l'125ºC? Figura 4 mostra la forma en què hagi estat reduït al seu valor de primera pàgina de 0.008 ohms, per un factor d'aproximadament 1.6. Per tant, suposem RDS (on) seran 0.008 1.6 x = 0.0128. Per tant PD = x 50 50 0.0128 x = 32 Watts. Quina part del temps el motor es va parar bé o l'inici? Això és impossible de dir, pel que haurà d'endevinar. 20% de les vegades és una xifra bastant conservadora - és probable que sigui molt menys. Ja que la potència fa que la calor, i la conducció de calor és un procés bastant lent, l'efecte de dissipació de potència tendeix a ser per mitjana al llarg de períodes de temps bastant llarg, a la regió de segons. Per tant podem desclassificar la demanda de potència amb l'esmentat 20%, per arribar a una dissipació de potència mitjana de 32W x 20% = 6.4W.

Ara cal sumar la potència dissipada a causa de la commutació. Això passarà durant l'ascens i temps, que se citen en la taula de característiques elèctriques que 100ns i 70ns respectivament caure. Suposant que el controlador MOSFET pot subministrar corrent suficient per complir amb els requisits d'aquestes xifres (porta resistència de la font d'accionament del corrent 2.5 Ohms = unitat de sortida d'impulsos de l'12v / 2.5 Ohms = 4.8 ampers), llavors la relació del temps de commutació a l'estat d'equilibri i hora 170ns * 20kHz = 3.4mW que és insignificant. Aquests temps d'encesa i apagada són una mica cru, però, per obtenir més informació sobre els temps d'encesa i apagat, veure aquí.

Ara, quins són els requisits de commutació? El vaixell controlador MOSFET utilitzem serà fer front a la major part d'aquests, però el seu comprovació de valor. El voltatge de connexió, VGS (th), a partir de les gràfiques de la figura 3 5 és una mica més de volts. Ja hem vist que el conductor ha de ser capaç a la font 4.8 ampers per un període molt curt de temps.

Ara què passa amb el dissipador de calor. És possible que vulgueu per al capítol sobre els dissipadors de calor abans d'aquesta secció. Volem mantenir la temperatura de la unió semiconductora continuació 125ºC, i se'ns ha dit que la temperatura ambient és 25ºC. Per tant, amb un MOSFET de dissipació 6.4W de mitjana, la resistència tèrmica total ha de ser inferior a (125 - 25) / 6.4 15.6 = ºC / W. La resistència tèrmica de la sortida al cas compensa 0.75 ºC / W d'aquest, cas típic dels valors del dissipador de calor (usant compost tèrmic) són 0.2 ºC / W, el que deixa 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W per al propi dissipador de calor. Dissipadors de calor d'aquest valor θjc són bastant petits i barats. Recordeu que el mateix dissipador de calor es pot utilitzar per a tots dos MOSFETs a l'esquerra o a la dreta de la càrrega al pont H, ja que aquests dos MOSFETs mai tots dos estan en al mateix temps, i per tant mai pot ser tant dissipar energia en el mateix temps. Els casos d'ells han d'estar aïllats elèctricament però. Vegeu la pàgina de dissipadors de calor per obtenir més informació sobre l'aïllament elèctric requerit.

4. controladors MOSFET

Per activar un MOSFET de potència en, el terminal de porta ha d'estar ajustat a un voltatge d'almenys 10 volts més gran que el terminal font (sobre 4 volts per MOSFETs de nivell lògic). Aquest és el paràmetre còmodament per sobre de VGS (th).

Una característica dels MOSFET de potència és que tenen una gran capacitat paràsita entre la porta i la resta de terminals, Ciss. L'efecte d'això és que quan el pols al terminal de porta arriba, ha de carregar primer aquesta capacitància abans que el voltatge de la porta pot arribar als volts 10 requerits. El terminal de porta a continuació, de manera efectiva presa de corrent. Per tant el circuit que acciona el terminal de porta ha de ser capaç de subministrar un corrent raonable pel que la capacitància paràsita es pot carregar fins el més ràpidament possible. La millor manera de fer això és utilitzar un xip controlador MOSFET dedicat.

Hi ha una gran quantitat de xips de controlador MOSFET disponibles de diverses companyies. Alguns es mostren amb enllaços a les fulles de dades de la següent taula. Alguns requereixen el terminal font del MOSFET per ser connectat a terra (per als menors MOSFETs 2 en un pont complet o simplement un circuit de commutació simple). Alguns poden conduir un MOSFET amb la font a un voltatge més alt. Aquests tenen una bomba de càrrega en el xip, el que significa que poden generar els volts 22 necessaris per convertir el MOSFET superior en un brifge al màxim. El TDA340 fins i tot controla la seqüència swicthing per a vostè. Alguns poden subministrar tant com 6 actual ampers com un impuls molt curt per carregar la capacitància paràsita porta.

Per obtenir més informació sobre els MOSFET i com manejar-les, International Rectifier té un conjunt de documents tècnics sobre la seva gamma HEXFET aquí.

Sovint veurà una resistència de baix valor entre el conductor del MOSFET i el terminal de porta del MOSFET. Això és per esmorteir les oscil·lacions de trucada per qualsevol causades per la inductància i capacitància porta de plom que d'una altra manera pot ser superior a la tensió màxima permesa en el terminal de porta. També s'alenteix la velocitat a la qual el MOSFET s'encén i s'apaga. Això pot ser útil si els díodes intrínsecs al MOSFET no s'encenen amb la suficient rapidesa. Més detalls d'això es poden trobar en els documents tècnics International Rectifier.

5. MOSFET de paral·lelització

MOSFETs poden ser col·locats en paral·lel per millorar la capacitat de maneig de corrent. Simplement unir-se a la porta, font i terminals de drenatge junts. Qualsevol nombre de MOSFETs pot connectar en paral·lel i tingueu en compte que la capacitat de porta se suma a mesura que PARAL·LEL més MOSFETs, i, finalment, el conductor MOSFET no serà capaç de conduir-los. Recordeu que no es pot Parellel transistors bipolars com aquest. Les raons darrere d'això es discuteixen en un document tècnic aquí.

anterior:Què és un MOSFET, el que és el que sembla, i com funciona?

següent:Transmissor FM X01 FMUSER porta ràdio de les zones devastades per la guerra

Deixa un missatge

Llista de missatges

Comentaris Loading ...