MOSFETти бир макалада түшүнүңүз

3-сүрөт MOSFETтин жылуулук каршылыгы, кубаттуулук импульсу колдонулганда

Чынында, биз MOSFETди кантип тандоону төрт кадамга бөлсөк болот.

Биринчи кадам: N каналды же P каналды тандаңыз

Дизайныңыз үчүн туура аппаратты тандоодогу биринчи кадам - ​​бул N-каналды же P-канал MOSFETти колдонууну чечүүдө. Кадимки электр тиркемесинде, MOSFET жерге туташтырылганда жана жүк электр тармагындагы чыңалууга туташтырылганда, MOSFET төмөн жагындагы өчүргүчтү түзөт. Төмөн жагындагы которгучта N-канал MOSFETs аппаратты өчүрүү же күйгүзүү үчүн зарыл болгон чыңалууга байланыштуу колдонулушу керек. MOSFET автобуска туташтырылганда жана жерге жүктөлгөндө, жогорку тараптагы өчүргүч колдонулат. P-канал MOSFETs адатта бул топологияда колдонулат, бул ошондой эле чыңалуудагы дисктин ойлоруна байланыштуу. Колдонмоңуз үчүн туура аппаратты тандоо үчүн, сиз аппаратты айдоо үчүн зарыл болгон чыңалууну жана дизайныңызда аны жасоонун эң оңой жолун аныкташыңыз керек. Кийинки кадам зарыл болгон чыңалуу рейтингин, же аппарат туруштук бере ала турган максималдуу чыңалуу аныктоо болуп саналат. Чыңалуу рейтинги канчалык жогору болсо, аппараттын баасы ошончолук жогору болот. Практикалык тажрыйбага ылайык, номиналдык чыңалуу тармактын чыңалуусунан же автобустун чыңалуусунан жогору болушу керек. Бул MOSFET иштебей калбаш үчүн жетиштүү коргоону камсыз кылат. MOSFETти тандоодо дренаждан булакка чейин чыдай турган максималдуу чыңалууну, башкача айтканда, максималдуу VDSти аныктоо керек. Бул MOSFET максималдуу чыңалуу температуранын өзгөрүшүнө туруштук бере аларын билүү маанилүү. Дизайнерлер бардык иштөө температурасы диапазонундагы чыңалуудагы өзгөрүүлөрдү сынап көрүшү керек. Номиналдуу чыңалуу чынжыр иштебей калбашы үчүн бул вариация диапазонун жабуу үчүн жетиштүү чекке ээ болушу керек. Дизайн инженерлери эске алышы керек болгон коопсуздуктун башка факторлоруна моторлор же трансформаторлор сыяктуу электроникаларды которуштуруудан келип чыккан чыңалуудагы өтмөлөр кирет. Номиналдуу чыңалуу ар кандай колдонмолор үчүн өзгөрөт; адатта, портативдүү түзүлүштөр үчүн 20V, FPGA кубат булактары үчүн 20-30V жана 85-220VAC тиркемелери үчүн 450-600V.

2-кадам: Номиналдуу токту аныктоо

Экинчи кадам - ​​MOSFETтин учурдагы рейтингин тандоо. Схема конфигурациясына жараша, бул номиналдык ток бардык шарттарда жүк туруштук бере ала турган максималдуу ток болушу керек. Чыңалуу абалына окшош, дизайнер тандалган MOSFET бул учурдагы рейтингге туруштук бере аларына кепилдик бериши керек, атүгүл система токтун кескин көтөрүлүшүн жаратса да. Учурдагы эки шарт - үзгүлтүксүз режим жана импульстун ылдамдыгы. Үзгүлтүксүз өткөрүү режиминде MOSFET стабилдүү абалда, мында ток тынымсыз аппарат аркылуу агып өтөт. Импульстун ылдамдыгы аппарат аркылуу агып жаткан чоң толкунду (же кескин агымды) билдирет. Бул шарттарда максималдуу ток аныкталгандан кийин, бул максималдуу токту көтөрө ала турган түзүлүштү тандоо маселеси. Номиналдуу токту тандап алгандан кийин өткөргүчтүк жоготуу да эсептелиши керек. Иш жүзүндө, MOSFET идеалдуу түзүлүш эмес, анткени өткөрүү процессинде электр энергиясы жоголот, ал өткөргүч жоготуу деп аталат. MOSFET өзүн "күйгүзүлгөн" учурда өзгөрүлмө резистор сыяктуу алып жүрөт, ал аппараттын RDS(ON) тарабынан аныкталат жана температурага жараша олуттуу өзгөрөт. Аппараттын кубаттуулугун жоготуу Iload2×RDS(ON) менен эсептелсе болот. Температурага жараша каршылык өзгөргөндүктөн, электр энергиясын жоготуу да пропорционалдуу өзгөрөт. MOSFETге колдонулган VGS чыңалуу канчалык жогору болсо, RDS (ON) ошончолук кичине болот; тескерисинче, RDS (ON) жогору болот. Системанын дизайнери үчүн бул жерде системанын чыңалуусуна жараша алмашуулар келип чыгат. Портативдик конструкциялар үчүн төмөнкү чыңалууларды колдонуу оңой (жана кеңири таралган), ал эми өнөр жай үлгүлөрү үчүн жогорку чыңалуу колдонулушу мүмкүн. RDS(ON) каршылыгы ток менен бир аз көтөрүлөрүн эске алыңыз. RDS(ON) резисторунун ар кандай электрдик параметрлеринин өзгөрүшүн өндүрүүчү тарабынан берилген техникалык маалымат баракчасынан тапса болот. Технология аппараттын мүнөздөмөлөрүнө олуттуу таасирин тийгизет, анткени кээ бир технологиялар максималдуу VDSти жогорулатууда RDS(ON) көбөйөт. Мындай технология үчүн, эгерде сиз VDS жана RDS(ON) кыскартууну кааласаңыз, анда чиптин өлчөмүн көбөйтүүгө туура келет, ошону менен дал келген пакеттин өлчөмүн жана ага байланыштуу иштеп чыгуу чыгымдарын көбөйтүшүңүз керек. Тармакта чиптин көлөмүн көбөйтүүнү көзөмөлдөөгө аракет кылган бир нече технологиялар бар, алардын эң негизгилери канал жана зарядды тең салмактоо технологиялары. Траншея технологиясында RDS(ON) каршылыгын азайтуу үчүн пластинкага терең траншея орнотулат, адатта төмөнкү чыңалуулар үчүн сакталат. RDS(ON) боюнча максималдуу VDS таасирин азайтуу үчүн, иштеп чыгуу процессинде эпитаксиалдык өсүү мамычасы/оюлган мамыча процесси колдонулган. Мисалы, Fairchild Semiconductor компаниясы RDS(ON) кыскартуу үчүн кошумча өндүрүш кадамдарын кошкон SuperFET деп аталган технологияны иштеп чыкты. RDS(ON) бул көңүл буруу маанилүү, анткени стандарттык MOSFETтин бузулуу чыңалуусу жогорулаган сайын, RDS(ON) экспоненциалдуу түрдө көбөйөт жана өлчөмдүн чоңоюшуна алып келет. SuperFET процесси RDS(ON) менен пластинка өлчөмүнүн ортосундагы экспоненциалдык байланышты сызыктуу байланышка өзгөртөт. Ошентип, SuperFET түзмөктөрү 600 В чейин бузулуу чыңалууларында да, кичинекей өлчөмдө идеалдуу төмөн RDS(ON) жетише алышат. Натыйжада, вафли өлчөмү 35% га чейин кыскарышы мүмкүн. Акыркы колдонуучулар үчүн бул пакеттин көлөмүнүн олуттуу кыскарышын билдирет.

Үчүнчү кадам: Жылуулук талаптарын аныктоо

MOSFET тандоодо кийинки кадам системанын жылуулук талаптарын эсептөө болуп саналат. Дизайнерлер эки башка сценарийди, эң начар сценарийди жана реалдуу сценарийди карашы керек. Эң начар эсептин натыйжасын колдонуу сунушталат, анткени бул натыйжа чоңураак коопсуздук маржасын камсыз кылат жана системанын иштен чыгып калбасын камсыздайт. MOSFET маалымат баракчасында көңүл буруу керек болгон кээ бир өлчөө маалыматтары да бар; пакеттелген түзүлүштүн жарым өткөргүч түйүнүнүн ортосундагы жылуулук каршылыгы жана чөйрөнүн максималдуу температурасы сыяктуу. Түзмөктүн туташтырылган температурасы айлана-чөйрөнүн максималдуу температурасына плюс жылуулук каршылыктын жана кубаттуулуктун диссипациясынын продуктусуна барабар (тушуу температурасы = максималдуу айлана-чөйрөнүн температурасы + [жылуулук каршылыгы × кубаттуулуктун диссипациясы]). Бул теңдемеге ылайык, системанын максималдуу кубаттуулук диссипациясын чечүүгө болот, ал аныктамасы боюнча I2×RDS(ON) барабар. Конструктор аппараттан өтө турган максималдуу токту аныктагандыктан, RDS(ON) ар кандай температурада эсептелиши мүмкүн. Жөнөкөй жылуулук моделдери менен иштөөдө дизайнерлер жарым өткөргүчтүн/түзмөктүн корпусунун жана корпустун/чөйрөнүн жылуулук сыйымдуулугун да эске алышы керек экендигин белгилей кетүү керек; бул басылган схема жана пакет дароо ысытпоону талап кылат. Көчкүнүн бузулушу жарым өткөргүч түзүлүштөгү тескери чыңалуу максималдуу мааниден ашып, аппараттагы токту көбөйтүү үчүн күчтүү электр талаасын түзөрүн билдирет. Бул агым электр энергиясын таркатып, аппараттын температурасын жогорулатып, аппаратка зыян келтириши мүмкүн. Жарым өткөргүч компаниялар түзмөктөрдө көчкүгө сыноолорду жүргүзүшөт, алардын көчкү чыңалуусун эсептешет же аппараттын бекемдигин текшеришет. Кар көчкүнүн номиналдык чыңалуусун эсептөөнүн эки ыкмасы бар; бири статистикалык ыкма, экинчиси жылуулук эсептөө. Термикалык эсептөө кеңири колдонулат, анткени ал практикалык жактан көбүрөөк колдонулат. Көптөгөн компаниялар түзмөктөрдү тестирлөөнүн чоо-жайын беришти. Мисалы, Fairchild Semiconductor "Power MOSFET Avalanche Guidelines" менен камсыз кылат (Power MOSFET Avalanche Guidelines-Fairchild веб-сайтынан жүктөп алса болот). Эсептөөдөн тышкары, технология да көчкү эффектине чоң таасирин тийгизет. Мисалы, өлчөмдүн чоңоюшу көчкүгө туруктуулукту жогорулатат жана акыры аппараттын бекемдигин жогорулатат. Акыркы колдонуучулар үчүн бул системада чоңураак пакеттерди колдонууну билдирет.

4-кадам: Которуу ишин аныктоо

MOSFETти тандоодогу акыркы кадам MOSFETтин которуштуруу ишин аныктоо болуп саналат. Которуу иштешине таасир этүүчү көптөгөн параметрлер бар, бирок эң негизгилери дарбаза/дренаж, дарбаза/булак жана дренаж/булак сыйымдуулугу. Бул конденсаторлор аппаратта которуштуруу жоготууларын жаратат, анткени алар которулган сайын заряддалат. Ошентип, MOSFETтин которуштуруу ылдамдыгы азаят жана аппараттын натыйжалуулугу да төмөндөйт. Которуу учурунда түзүлүштөгү жалпы жоготууларды эсептөө үчүн конструктор күйгүзүү (Eon) жана өчүрүү учурундагы жоготууларды (Eoff) эсептөөсү керек. MOSFET коммутаторунун жалпы кубаттуулугун төмөнкү теңдеме менен туюндуруп алса болот: Psw=(Eon+Eoff)×которуу жыштыгы. Дарбаза заряды (Qgd) которуштуруунун натыйжалуулугуна эң чоң таасирин тийгизет. Которуштуруунун маанилүүлүгүнө таянып, бул коммутация маселесин чечүү үчүн жаңы технологиялар тынымсыз иштелип чыгууда. Чиптин өлчөмүн көбөйтүү дарбаза зарядын жогорулатат; бул аппараттын көлөмүн көбөйтөт. Которуу жоготууларын азайтуу үчүн, дарбаза зарядын азайтуу максатында, каналдын жоон түбүнүн кычкылдануусу сыяктуу жаңы технологиялар пайда болду. Мисалы, жаңы технология SuperFET өткөргүч жоготууларды азайтуу жана RDS (ON) жана дарбаза зарядын (Qg) азайтуу аркылуу өтүү натыйжалуулугун жакшыртат. Ушундай жол менен, MOSFETs которуштуруу учурунда жогорку ылдамдыктагы чыңалуудагы өтүүчү (dv/dt) жана ток өтүүчү (di/dt) менен күрөшө алат, ал тургай, жогорку которуштуруу жыштыктарында ишенимдүү иштей алат.