Wybór lamp przełączających pakiet MOSFET i schematy obwodów

Pierwszym krokiem jest dokonanie wyboruMOSFETy, które występują w dwóch głównych typach: kanał N i kanał P. W systemach zasilania tranzystory MOSFET można traktować jako przełączniki elektryczne. Kiedy między bramką a źródłem N-kanałowego MOSFET-a zostanie dodane napięcie dodatnie, jego przełącznik przewodzi. Podczas przewodzenia prąd może przepływać przez przełącznik od drenu do źródła. Istnieje wewnętrzny opór pomiędzy drenem a źródłem, zwany rezystancją włączenia RDS(ON). Musi być jasne, że bramka tranzystora MOSFET jest końcówką o wysokiej impedancji, dlatego do bramki zawsze jest dodawane napięcie. Jest to rezystancja do masy, do której podłączona jest bramka na schemacie przedstawionym później. Jeśli brama pozostanie zwisająca, urządzenie nie będzie działać zgodnie z przeznaczeniem i może się włączyć lub wyłączyć w nieodpowiednich momentach, co może skutkować potencjalną utratą zasilania w systemie. Kiedy napięcie między źródłem a bramką wynosi zero, przełącznik wyłącza się, a prąd przestaje płynąć przez urządzenie. Chociaż w tym momencie urządzenie jest wyłączone, w nim nadal występuje niewielki prąd, nazywany prądem upływu (IDSS).

 

 

Krok 1: Wybierz kanał N lub kanał P

Pierwszym krokiem w wyborze odpowiedniego urządzenia do projektu jest podjęcie decyzji, czy zastosować MOSFET z kanałem N, czy z kanałem P. w typowym zastosowaniu zasilania, gdy MOSFET jest uziemiony, a obciążenie jest podłączone do napięcia magistrali, ten MOSFET stanowi boczny przełącznik niskiego napięcia. W przełączniku bocznym niskiego napięcia, kanał NMOSFETnależy stosować ze względu na napięcie wymagane do wyłączenia lub włączenia urządzenia. Gdy MOSFET jest podłączony do szyny, a obciążenie jest uziemione, należy zastosować przełącznik boczny wysokiego napięcia. W tej topologii zwykle używany jest MOSFET z kanałem P, ponownie ze względu na sterowanie napięciem.

Krok 2: Określ aktualną ocenę

Drugim krokiem jest wybranie aktualnej wartości znamionowej MOSFET-u. W zależności od struktury obwodu, ten prąd znamionowy powinien być maksymalnym prądem, jaki obciążenie może wytrzymać w każdych okolicznościach. Podobnie jak w przypadku napięcia, projektant musi upewnić się, że wybrany MOSFET wytrzyma tę wartość znamionową prądu, nawet gdy system generuje prądy szczytowe. Dwa obecnie rozważane przypadki to tryb ciągły i skoki impulsów. Ten parametr opiera się na KARTIE KATALOGOWEJ lampy FDN304P jako odniesienie, a parametry pokazano na rysunku:

 

 

 

W trybie ciągłego przewodzenia MOSFET jest w stanie ustalonym, gdy prąd przepływa przez urządzenie w sposób ciągły. Skoki impulsów mają miejsce, gdy przez urządzenie przepływa duża ilość udarów (lub prądu szczytowego). Po określeniu maksymalnego prądu w tych warunkach wystarczy bezpośrednio wybrać urządzenie, które wytrzyma ten maksymalny prąd.

Po wybraniu prądu znamionowego należy również obliczyć straty przewodzenia. W praktyceMOSFETnie jest urządzeniem idealnym, gdyż w procesie przewodzenia dochodzi do utraty mocy, zwanej stratą przewodzenia. MOSFET w stanie „włączonym” charakteryzuje się zmienną rezystancją, ustalaną przez RDS urządzenia (ON) oraz wraz z temperaturą i znacznymi zmianami. Straty mocy urządzenia można obliczyć ze wzoru Iload2 x RDS(ON), a ponieważ rezystancja włączenia zmienia się wraz z temperaturą, straty mocy zmieniają się proporcjonalnie. Im wyższe napięcie VGS przyłożone do MOSFET-u, tym mniejszy będzie RDS(ON); i odwrotnie, tym wyższy będzie RDS(ON). Dla projektanta systemu w tym miejscu wchodzą w grę kompromisy w zależności od napięcia systemu. W konstrukcjach przenośnych łatwiej (i częściej) jest stosować niższe napięcia, natomiast w konstrukcjach przemysłowych można zastosować wyższe napięcia. Należy pamiętać, że rezystancja RDS(ON) nieznacznie wzrasta wraz z prądem. Różnice w różnych parametrach elektrycznych rezystora RDS(ON) można znaleźć w karcie technicznej dostarczonej przez producenta.

 

 

 

Krok 3: Określ wymagania termiczne

Następnym krokiem przy wyborze MOSFET-a jest obliczenie wymagań termicznych systemu. Projektant musi rozważyć dwa różne scenariusze, najgorszy i prawdziwy. Zaleca się obliczenia dla najgorszego scenariusza, ponieważ wynik ten zapewnia większy margines bezpieczeństwa i gwarantuje, że system nie ulegnie awarii. W karcie katalogowej MOSFET znajdują się również pewne pomiary, o których należy pamiętać; takie jak opór cieplny pomiędzy złączem półprzewodnikowym zapakowanego urządzenia a otoczeniem oraz maksymalna temperatura złącza.

 

Temperatura złącza urządzenia jest równa maksymalnej temperaturze otoczenia plus iloczyn oporu cieplnego i straty mocy (temperatura złącza = maksymalna temperatura otoczenia + [opór cieplny × rozpraszanie mocy]). Z tego równania można obliczyć maksymalne straty mocy w systemie, które z definicji są równe I2 x RDS(ON). Ponieważ personel określił maksymalny prąd przepływający przez urządzenie, wartość RDS(ON) można obliczyć dla różnych temperatur. Należy zauważyć, że w przypadku prostych modeli termicznych projektant musi również wziąć pod uwagę pojemność cieplną złącza półprzewodnikowego/obudowy urządzenia oraz obudowy/otoczenia; tzn. wymagane jest, aby płytka drukowana i opakowanie nie nagrzewały się natychmiast.

Zwykle w przypadku PMOSFET będzie obecna dioda pasożytnicza, której funkcją jest zapobieganie odwrotnemu podłączeniu źródła-drenu. W przypadku PMOS zaletą w porównaniu z NMOS jest to, że jego napięcie włączenia może wynosić 0, a różnica napięcia między Napięcie DS nie jest duże, natomiast warunek NMOS wymaga, aby VGS było większe od progu, co doprowadzi do tego, że napięcie sterujące będzie nieuchronnie większe niż napięcie wymagane i wystąpią niepotrzebne kłopoty. PMOS został wybrany jako przełącznik sterujący dla dwóch następujących zastosowań:

 

Temperatura złącza urządzenia jest równa maksymalnej temperaturze otoczenia plus iloczyn oporu cieplnego i straty mocy (temperatura złącza = maksymalna temperatura otoczenia + [opór cieplny × rozpraszanie mocy]). Z tego równania można obliczyć maksymalne straty mocy w systemie, które z definicji są równe I2 x RDS(ON). Ponieważ projektant określił maksymalny prąd, który będzie przepływał przez urządzenie, RDS(ON) można obliczyć dla różnych temperatur. Należy zauważyć, że w przypadku prostych modeli termicznych projektant musi również wziąć pod uwagę pojemność cieplną złącza półprzewodnikowego/obudowy urządzenia oraz obudowy/otoczenia; tzn. wymagane jest, aby płytka drukowana i opakowanie nie nagrzewały się natychmiast.

Zwykle w przypadku PMOSFET będzie obecna dioda pasożytnicza, której funkcją jest zapobieganie odwrotnemu podłączeniu źródła-drenu. W przypadku PMOS zaletą w porównaniu z NMOS jest to, że jego napięcie włączenia może wynosić 0, a różnica napięcia między Napięcie DS nie jest duże, natomiast warunek NMOS wymaga, aby VGS było większe od progu, co doprowadzi do tego, że napięcie sterujące będzie nieuchronnie większe niż napięcie wymagane i wystąpią niepotrzebne kłopoty. PMOS został wybrany jako przełącznik sterujący dla dwóch następujących zastosowań:

Patrząc na ten obwód, sygnał sterujący PGC kontroluje, czy V4.2 dostarcza zasilanie do P_GPRS. Ten obwód, zaciski źródła i drenu nie są podłączone odwrotnie, R110 i R113 istnieją w tym sensie, że prąd bramki sterującej R110 nie jest zbyt duży, R113 steruje bramką normalnie, podciągnięcie R113 jest zbyt wysokie, jak w przypadku PMOS , ale może być również postrzegane jako podciągnięcie sygnału sterującego, gdy wewnętrzne styki MCU i podciągnięcie, to znaczy wyjście z otwartym drenem, gdy wyjście jest z otwartym drenem i nie może sterować PMOS wyłączony, w tym momencie konieczne jest podciągnięcie napięcia zewnętrznego, dlatego rezystor R113 pełni dwie role. Aby uzyskać podciągnięcie, będzie potrzebne zewnętrzne napięcie, więc rezystor R113 odgrywa dwie role. r110 może być mniejszy, do 100 omów również.