נקודות בחירה של MOSFET

הבחירה שלMOSFETחשוב מאוד, בחירה גרועה עלולה להשפיע על השימוש בחשמל של המעגל כולו, לשלוט בניואנסים של רכיבי MOSFET שונים ופרמטרים במעגלי מיתוג שונים יכולים לעזור למהנדסים להימנע מהרבה בעיות, להלן כמה מההמלצות של Guanhua Weiye לבחירת MOSFETs.

 

ראשית, ערוץ P וערוץ N

הצעד הראשון הוא לקבוע את השימוש ב-MOSFETs N-channel או P-channel. ביישומי חשמל, כאשר MOSFET הארקה, והעומס מחובר למתח תא המטען, הMOSFETמהווה מתג צד במתח נמוך. במיתוג צד במתח נמוך, משתמשים בדרך כלל ב-MOSFET N-ערוץ, המהווה שיקול למתח הנדרש לכיבוי או הפעלת המכשיר. כאשר ה-MOSFET מחובר לאוטובוס ולהארקת העומס, נעשה שימוש במתג צד במתח גבוה. בדרך כלל נעשה שימוש ב-MOSFET של ערוץ P, בשל שיקולי כונן מתח. כדי לבחור את הרכיבים הנכונים לאפליקציה, חשוב לקבוע את המתח הנדרש להנעת המכשיר וכמה קל ליישם אותו בתכנון. השלב הבא הוא לקבוע את דירוג המתח הנדרש, או את המתח המרבי שהרכיב יכול לשאת. ככל שדירוג המתח גבוה יותר, כך עלות המכשיר גבוהה יותר. בפועל, דירוג המתח צריך להיות גדול יותר ממתח תא המטען או האוטובוס. זה יספק מספיק הגנה כדי שה-MOSFET לא ייכשל. לבחירת MOSFET, חשוב לקבוע את המתח המרבי שניתן לעמוד בו מניקוז למקור, כלומר, ה-VDS המקסימלי, ולכן חשוב לדעת שהמתח המקסימלי שה-MOSFET יכול לעמוד בו משתנה בהתאם לטמפרטורה. מעצבים צריכים לבדוק את טווח המתח על פני כל טווח טמפרטורת ההפעלה. למתח המדורג צריך להיות מספיק מרווח כדי לכסות את הטווח הזה כדי להבטיח שהמעגל לא ייכשל. בנוסף, גורמי בטיחות אחרים צריכים להיחשב כמעברי מתח המושרים.

 

שנית, קבע את הדירוג הנוכחי

הדירוג הנוכחי של ה-MOSFET תלוי במבנה המעגל. דירוג הזרם הוא הזרם המרבי שהעומס יכול לעמוד בו בכל הנסיבות. בדומה למקרה המתח, המתכנן צריך לוודא שה-MOSFET שנבחר מסוגל לשאת את הזרם המדורג הזה, גם כאשר המערכת מייצרת זרם ספייק. שני התרחישים הנוכחיים שיש לקחת בחשבון הם מצב רציף ודופק. ה-MOSFET נמצא במצב יציב במצב הולכה רציפה, כאשר זרם עובר ברציפות דרך המכשיר. דופק דופק מתייחס למספר רב של נחשולים (או קוצים של זרם) הזורמים דרך המכשיר, ובמקרה זה, לאחר קביעת הזרם המקסימלי, זה פשוט עניין של בחירה ישירה של מכשיר שיכול לעמוד בזרם המרבי הזה.

 

לאחר בחירת הזרם המדורג, מחושב גם אובדן ההולכה. במקרים ספציפיים,MOSFETאינם רכיבים אידיאליים בגלל ההפסדים החשמליים המתרחשים במהלך התהליך המוליך, מה שנקרא הפסדי הולכה. כאשר "פועל", ה-MOSFET פועל כנגד משתנה, אשר נקבע על ידי RDS(ON) של המכשיר ומשתנה באופן משמעותי עם הטמפרטורה. ניתן לחשב את אובדן החשמל של המכשיר מ-Iload2 x RDS(ON), ומכיוון שהתנגדות ההפעלה משתנה עם הטמפרטורה, אובדן החשמל משתנה באופן פרופורציונלי. ככל שהמתח VGS המופעל על ה-MOSFET גבוה יותר, כך ה-RDS(ON) נמוך יותר; לעומת זאת, ככל שה-RDS(ON) גבוה יותר. עבור מעצב המערכת, כאן נכנסות הפשרות בהתאם למתח המערכת. עבור עיצובים ניידים, מתחים נמוכים יותר הם קלים יותר (ונפוצים יותר), בעוד עבור עיצובים תעשייתיים, ניתן להשתמש במתחים גבוהים יותר. שימו לב שהתנגדות ה-RDS(ON) עולה מעט עם הזרם.

 

 

לטכנולוגיה יש השפעה עצומה על מאפייני הרכיבים, וטכנולוגיות מסוימות נוטות לגרום לעלייה ב-RDS(ON) בעת הגדלת ה-VDS המקסימלי. עבור טכנולוגיות כאלה, נדרשת הגדלת גודל הפרוסים אם יש להוריד את VDS ו-RDS(ON), ובכך להגדיל את גודל החבילה הנלווה לכך ואת עלות הפיתוח המקבילה. ישנן מספר טכנולוגיות בתעשייה המנסות לשלוט בגידול בגודל הפרוסות, כאשר החשובות שבהן הן טכנולוגיות איזון תעלות ומטען. בטכנולוגיית תעלה, תעלה עמוקה מוטבעת בפרוסה, השמורה בדרך כלל למתחים נמוכים, כדי להפחית את ההתנגדות RDS(ON).

 

III. קבע את דרישות פיזור החום

השלב הבא הוא לחשב את הדרישות התרמיות של המערכת. יש לשקול שני תרחישים שונים, המקרה הגרוע והמקרה האמיתי. TPV ממליצה לחשב את התוצאות עבור התרחיש הגרוע ביותר, שכן חישוב זה מספק מרווח בטיחות גדול יותר ומבטיח שהמערכת לא תיכשל.

 

IV. החלפת ביצועים

לבסוף, ביצועי המיתוג של ה-MOSFET. ישנם פרמטרים רבים המשפיעים על ביצועי המיתוג, החשובים שבהם הם gate/drain, gate/source ו-drain/source. קיבולים אלו יוצרים הפסדי מיתוג ברכיב עקב הצורך לטעון אותם בכל פעם שהם מוחלפים. כתוצאה מכך, מהירות המעבר של ה-MOSFET יורדת ויעילות המכשיר יורדת. על מנת לחשב את סך ההפסדים במכשיר במהלך המיתוג, המעצב צריך לחשב את ההפסדים בזמן הדלקה (Eon) ואת ההפסדים במהלך כיבוי (Eoff). ניתן לבטא זאת באמצעות המשוואה הבאה: Psw = (Eon + Eoff) x תדר המיתוג. ולטעינת שער (Qgd) יש את ההשפעה הגדולה ביותר על ביצועי המיתוג.