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Cómo seleccionar correctamente el tubo de efecto de campo MOSFET
2022-03-17
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Cómo seleccionar correctamente el transistor de efecto de campo Mosfet
Los transistores de efecto de campo se utilizan ampliamente en circuitos analógicos y digitales, que están estrechamente relacionados con nuestra vida. Las ventajas de FET son: Primero, el circuito de conducción es relativamente simple. La corriente de conducción requerida por FET es mucho menor que la de BJT y, por lo general, puede ser impulsada directamente por CMOS o un circuito TTL de colector abierto. La velocidad de conmutación del transistor de efecto de campo es relativamente rápida y puede funcionar a mayor velocidad porque no hay efecto de almacenamiento de carga. Además, el FET no tiene un mecanismo secundario de falla por avería, por lo que tiene una mayor durabilidad a temperaturas más altas, una menor posibilidad de avería térmica y un mejor rendimiento en un rango de temperatura más amplio. El efecto de campo se ha utilizado ampliamente en productos electrónicos digitales portátiles, como electrónica de consumo, productos industriales, equipos electromecánicos, teléfonos inteligentes, etc.
??En los últimos años, con el amplio uso de productos FET en automóviles, comunicaciones, energía, consumo, industria verde y otras industrias, se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Power FET ha atraído mucha atención. En el futuro, FET seguirá ocupando una posición dominante. Los transistores de efecto de campo seguirán siendo los dispositivos con los que entrarán en contacto muchos ingenieros que acaban de entrar en este campo. A continuación, Micro BiSemiconductor analizará algunos conocimientos básicos de los transistores de efecto de campo, incluida la selección e introducción de constantes clave y consideraciones sobre el sistema y la disipación de calor.
??Primero, la elección básica de FET.
Hay dos tipos de FET: canal N y canal P. El primer paso es decidir si utilizar un transistor MOS de canal N o de canal P. En una aplicación de fuente de alimentación típica, cuando el transistor MOS está conectado a tierra y la carga está conectada al voltaje de la fuente de alimentación, el transistor MOS se configura como un interruptor lateral de bajo voltaje. En el interruptor lateral de bajo voltaje, considerando el voltaje requerido para apagar o encender el dispositivo, se debe usar un transistor MOS de canal N. Cuando el transistor semiconductor de óxido metálico está conectado al bus y la carga está conectada a tierra, debe encenderse y apagarse en el lado de alto voltaje. Esta topología generalmente adopta un transistor MOS de canal P, que también funciona con voltaje.
Determine el voltaje nominal requerido o el voltaje máximo que el equipo puede soportar. Cuanto mayor sea la tensión nominal, mayor será el coste del dispositivo. Según la experiencia práctica, la tensión nominal debe ser mayor que la tensión de la fuente de alimentación o la tensión del bus. De esta manera, se puede proporcionar suficiente protección para evitar que falle el tubo MOS. En términos de selección de transistores semiconductores de óxido metálico, es necesario determinar el voltaje máximo posible entre el drenaje y la fuente, es decir, el VDS máximo. Es muy importante saber que el voltaje máximo que puede soportar el tubo MOS cambiará con la temperatura. Debemos probar el rango de voltaje en todo el rango de temperatura de funcionamiento. La tensión nominal debe tener un margen suficiente para cubrir este rango de variación y garantizar que el circuito no falle. Otros factores de seguridad a considerar incluyen transitorios de voltaje causados por la conmutación de dispositivos electrónicos (como motores o transformadores). La tensión nominal de diferentes aplicaciones también es diferente; Generalmente, el equipo portátil es de 20 V, la fuente de alimentación FPGA es de 20 ~ 30 V y la aplicación de 85 ~ 220 VCA es de 450 ~ 600 V. El tubo MOS diseñado por Kia Semiconductor tiene un fuerte voltaje soportado y amplios campos de aplicación, y es el preferido. por los clientes.
2. Determine la corriente nominal del tubo MOS.
La corriente nominal debe ser la corriente máxima que la carga puede soportar en cualquier circunstancia. De manera similar a la situación del voltaje, incluso si el sistema genera una corriente máxima, es necesario asegurarse de que el transistor MOS seleccionado pueda soportar esta corriente nominal. Las dos situaciones actuales consideradas son el modo continuo y el pico de pulso. En el modo de conducción continua, el transistor semiconductor de óxido metálico se encuentra en un estado estable y la corriente fluye continuamente a través del dispositivo. El pico de pulso se refiere a una gran cantidad de sobretensiones (o picos) que fluyen a través del dispositivo. Una vez determinada la corriente máxima en estas condiciones, sólo es necesario seleccionar directamente el dispositivo que pueda soportar la corriente máxima.
Una vez seleccionada la corriente nominal, también se debe calcular la pérdida de conducción. En realidad, el transistor semiconductor de óxido metálico no es un dispositivo ideal porque habrá una pérdida de potencia en el proceso de conducción, lo que se denomina pérdida de conducción. El transistor MOS es como una resistencia variable en "conducción", que está determinada por el RDS (ON) del dispositivo y cambia significativamente con la temperatura. El consumo de energía del dispositivo se puede controlar mediante Iload2× Cálculo de RDS(ON). A medida que la resistencia cambia con la temperatura, la pérdida de potencia también cambiará proporcionalmente. Cuanto mayor sea el voltaje VGS aplicado al transistor MOS, menor será el RDS (ON). De lo contrario, RDS(ON) será mayor. Tenga en cuenta que la resistencia RDS(ON) aumentará ligeramente con la corriente. Los cambios de varios parámetros eléctricos y neumáticos sobre la resistencia (encendido) del sistema de datos de radio se pueden encontrar en la hoja de datos técnicos proporcionada por el fabricante.
??En tercer lugar, el siguiente paso en la selección de tubos MOS son los requisitos de disipación de calor del sistema.
Hay que considerar dos situaciones diferentes: el peor de los casos y la situación real. Se recomienda adoptar el resultado del cálculo del peor de los casos, porque este resultado proporciona un margen de seguridad mayor, que puede garantizar que el sistema no falle. Hay algunos datos de medición en la hoja de datos de MOS que requieren atención; La temperatura de unión del dispositivo es igual a la temperatura ambiente máxima más el producto de la resistencia térmica y el consumo de energía (temperatura de unión = temperatura ambiente máxima + [resistencia térmica × Disipación de potencia]). Según esta fórmula se puede resolver el consumo máximo de energía del sistema, el cual se define como igual a I2× RDS (encendido)。 Calculamos el RDS(ON) a diferentes temperaturas según la corriente máxima del dispositivo. Además, la disipación de calor de la placa de circuito y su tubo MOS también debe realizarse bien.
Avalancha significa que el voltaje inverso en el dispositivo semiconductor excede el valor máximo, formando un fuerte campo eléctrico y aumentando la corriente en el dispositivo. El aumento del tamaño del chip aumentará la resistencia a las avalanchas y, finalmente, mejorará la robustez del dispositivo. Por lo tanto, elegir un paquete más grande puede prevenir eficazmente las avalanchas.
4. El último paso en la selección del transistor MOS es determinar el rendimiento de conmutación del transistor MOS.
Hay muchos parámetros que afectan el rendimiento del interruptor, pero los más importantes son la capacitancia de puerta/drenaje, puerta/fuente y drenaje/fuente. Estas capacitancias provocarán la pérdida de conmutación del dispositivo, ya que es necesario cargarlo cada vez que se enciende. Por lo tanto, la velocidad de conmutación del transistor semiconductor de óxido metálico disminuye y la eficiencia del dispositivo también disminuye. Para calcular la pérdida total del dispositivo durante la conmutación, se deben calcular la pérdida durante la conmutación (Eon) y la pérdida durante la conmutación (Eoff). La potencia total del MOSFET se puede expresar mediante la siguiente fórmula: Psw= (Eon+Eoff)× Frecuencia de cambio. La carga de puerta (Qgd) tiene la mayor influencia en el rendimiento de conmutación.
Los transistores de efecto de campo se utilizan ampliamente en circuitos analógicos y digitales, que están estrechamente relacionados con nuestra vida. Las ventajas de FET son: Primero, el circuito de conducción es relativamente simple. La corriente de conducción requerida por FET es mucho menor que la de BJT y, por lo general, puede ser impulsada directamente por CMOS o un circuito TTL de colector abierto. La velocidad de conmutación del transistor de efecto de campo es relativamente rápida y puede funcionar a mayor velocidad porque no hay efecto de almacenamiento de carga. Además, el FET no tiene un mecanismo secundario de falla por avería, por lo que tiene una mayor durabilidad a temperaturas más altas, una menor posibilidad de avería térmica y un mejor rendimiento en un rango de temperatura más amplio. El efecto de campo se ha utilizado ampliamente en productos electrónicos digitales portátiles, como electrónica de consumo, productos industriales, equipos electromecánicos, teléfonos inteligentes, etc.
??Primero, la elección básica de FET.
Hay dos tipos de FET: canal N y canal P. El primer paso es decidir si utilizar un transistor MOS de canal N o de canal P. En una aplicación de fuente de alimentación típica, cuando el transistor MOS está conectado a tierra y la carga está conectada al voltaje de la fuente de alimentación, el transistor MOS se configura como un interruptor lateral de bajo voltaje. En el interruptor lateral de bajo voltaje, considerando el voltaje requerido para apagar o encender el dispositivo, se debe usar un transistor MOS de canal N. Cuando el transistor semiconductor de óxido metálico está conectado al bus y la carga está conectada a tierra, debe encenderse y apagarse en el lado de alto voltaje. Esta topología generalmente adopta un transistor MOS de canal P, que también funciona con voltaje.
Determine el voltaje nominal requerido o el voltaje máximo que el equipo puede soportar. Cuanto mayor sea la tensión nominal, mayor será el coste del dispositivo. Según la experiencia práctica, la tensión nominal debe ser mayor que la tensión de la fuente de alimentación o la tensión del bus. De esta manera, se puede proporcionar suficiente protección para evitar que falle el tubo MOS. En términos de selección de transistores semiconductores de óxido metálico, es necesario determinar el voltaje máximo posible entre el drenaje y la fuente, es decir, el VDS máximo. Es muy importante saber que el voltaje máximo que puede soportar el tubo MOS cambiará con la temperatura. Debemos probar el rango de voltaje en todo el rango de temperatura de funcionamiento. La tensión nominal debe tener un margen suficiente para cubrir este rango de variación y garantizar que el circuito no falle. Otros factores de seguridad a considerar incluyen transitorios de voltaje causados por la conmutación de dispositivos electrónicos (como motores o transformadores). La tensión nominal de diferentes aplicaciones también es diferente; Generalmente, el equipo portátil es de 20 V, la fuente de alimentación FPGA es de 20 ~ 30 V y la aplicación de 85 ~ 220 VCA es de 450 ~ 600 V. El tubo MOS diseñado por Kia Semiconductor tiene un fuerte voltaje soportado y amplios campos de aplicación, y es el preferido. por los clientes.
2. Determine la corriente nominal del tubo MOS.
La corriente nominal debe ser la corriente máxima que la carga puede soportar en cualquier circunstancia. De manera similar a la situación del voltaje, incluso si el sistema genera una corriente máxima, es necesario asegurarse de que el transistor MOS seleccionado pueda soportar esta corriente nominal. Las dos situaciones actuales consideradas son el modo continuo y el pico de pulso. En el modo de conducción continua, el transistor semiconductor de óxido metálico se encuentra en un estado estable y la corriente fluye continuamente a través del dispositivo. El pico de pulso se refiere a una gran cantidad de sobretensiones (o picos) que fluyen a través del dispositivo. Una vez determinada la corriente máxima en estas condiciones, sólo es necesario seleccionar directamente el dispositivo que pueda soportar la corriente máxima.
Una vez seleccionada la corriente nominal, también se debe calcular la pérdida de conducción. En realidad, el transistor semiconductor de óxido metálico no es un dispositivo ideal porque habrá una pérdida de potencia en el proceso de conducción, lo que se denomina pérdida de conducción. El transistor MOS es como una resistencia variable en "conducción", que está determinada por el RDS (ON) del dispositivo y cambia significativamente con la temperatura. El consumo de energía del dispositivo se puede controlar mediante Iload2× Cálculo de RDS(ON). A medida que la resistencia cambia con la temperatura, la pérdida de potencia también cambiará proporcionalmente. Cuanto mayor sea el voltaje VGS aplicado al transistor MOS, menor será el RDS (ON). De lo contrario, RDS(ON) será mayor. Tenga en cuenta que la resistencia RDS(ON) aumentará ligeramente con la corriente. Los cambios de varios parámetros eléctricos y neumáticos sobre la resistencia (encendido) del sistema de datos de radio se pueden encontrar en la hoja de datos técnicos proporcionada por el fabricante.
??En tercer lugar, el siguiente paso en la selección de tubos MOS son los requisitos de disipación de calor del sistema.
Hay que considerar dos situaciones diferentes: el peor de los casos y la situación real. Se recomienda adoptar el resultado del cálculo del peor de los casos, porque este resultado proporciona un margen de seguridad mayor, que puede garantizar que el sistema no falle. Hay algunos datos de medición en la hoja de datos de MOS que requieren atención; La temperatura de unión del dispositivo es igual a la temperatura ambiente máxima más el producto de la resistencia térmica y el consumo de energía (temperatura de unión = temperatura ambiente máxima + [resistencia térmica × Disipación de potencia]). Según esta fórmula se puede resolver el consumo máximo de energía del sistema, el cual se define como igual a I2× RDS (encendido)。 Calculamos el RDS(ON) a diferentes temperaturas según la corriente máxima del dispositivo. Además, la disipación de calor de la placa de circuito y su tubo MOS también debe realizarse bien.
Avalancha significa que el voltaje inverso en el dispositivo semiconductor excede el valor máximo, formando un fuerte campo eléctrico y aumentando la corriente en el dispositivo. El aumento del tamaño del chip aumentará la resistencia a las avalanchas y, finalmente, mejorará la robustez del dispositivo. Por lo tanto, elegir un paquete más grande puede prevenir eficazmente las avalanchas.
4. El último paso en la selección del transistor MOS es determinar el rendimiento de conmutación del transistor MOS.
Hay muchos parámetros que afectan el rendimiento del interruptor, pero los más importantes son la capacitancia de puerta/drenaje, puerta/fuente y drenaje/fuente. Estas capacitancias provocarán la pérdida de conmutación del dispositivo, ya que es necesario cargarlo cada vez que se enciende. Por lo tanto, la velocidad de conmutación del transistor semiconductor de óxido metálico disminuye y la eficiencia del dispositivo también disminuye. Para calcular la pérdida total del dispositivo durante la conmutación, se deben calcular la pérdida durante la conmutación (Eon) y la pérdida durante la conmutación (Eoff). La potencia total del MOSFET se puede expresar mediante la siguiente fórmula: Psw= (Eon+Eoff)× Frecuencia de cambio. La carga de puerta (Qgd) tiene la mayor influencia en el rendimiento de conmutación.
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