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Comment sélectionner correctement le tube à effet de champ MOSFET
2022-03-17
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Comment sélectionner correctement le transistor à effet de champ mosfet
Les transistors à effet de champ sont largement utilisés dans les circuits analogiques et les circuits numériques, étroitement liés à notre vie. Les avantages du FET sont les suivants : Premièrement, le circuit de pilotage est relativement simple. Le courant de commande requis par le FET est beaucoup plus faible que celui du BJT, et il peut généralement être directement piloté par un circuit CMOS ou TTL à collecteur ouvert. La vitesse de commutation du transistor à effet de champ est relativement rapide et il peut fonctionner à une vitesse plus élevée car il n'y a pas d'effet de stockage de charge. De plus, le FET n'a pas de mécanisme de panne secondaire, ce qui lui confère une plus grande durabilité à des températures plus élevées, un risque plus faible de panne thermique et de meilleures performances dans une plage de températures plus large. L'effet de champ a été largement utilisé dans les produits électroniques numériques portables tels que l'électronique grand public, les produits industriels, les équipements électromécaniques, les téléphones intelligents, etc.
??Ces dernières années, avec l'utilisation généralisée des produits FET dans les secteurs de l'automobile, des communications, de l'énergie, de la consommation, de l'industrie verte et d'autres industries, ils se sont développés rapidement ces dernières années. Power FET a attiré beaucoup d’attention. À l’avenir, le FET occupera toujours une position dominante. Les transistors à effet de champ resteront les dispositifs avec lesquels de nombreux ingénieurs qui viennent d'entrer dans ce domaine entreront en contact. Ensuite, Micro BiSemiconductor abordera certaines connaissances de base sur les transistors à effet de champ, y compris la sélection et l'introduction des constantes clés, les considérations relatives au système et à la dissipation thermique.
??Tout d'abord, le choix de base du FET
Il existe deux types de FET : le canal N et le canal P. La première étape consiste à décider s’il faut utiliser un transistor MOS à canal N ou à canal P. Dans une application d'alimentation typique, lorsque le transistor MOS est mis à la terre et que la charge est connectée à la tension d'alimentation, le transistor MOS est configuré comme un commutateur côté basse tension. Dans l'interrupteur côté basse tension, compte tenu de la tension requise pour éteindre ou allumer l'appareil, un transistor MOS à canal N doit être utilisé. Lorsque le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique est connecté au bus et que la charge est mise à la terre, il doit être activé et désactivé du côté haute tension. Cette topologie adopte généralement un transistor MOS à canal P, également piloté par la tension.
Déterminez la tension nominale requise ou la tension maximale que l'équipement peut supporter. Plus la tension nominale est élevée, plus le coût de l'appareil est élevé. Selon l'expérience pratique, la tension nominale doit être supérieure à la tension d'alimentation ou à la tension du bus. De cette manière, une protection suffisante peut être assurée pour empêcher la défaillance du tube MOS. En termes de sélection de transistors à semi-conducteurs à oxyde métallique, il est nécessaire de déterminer la tension maximale possible entre le drain et la source, c'est-à-dire le VDS maximal. Il est très important de savoir que la tension maximale que peut supporter le tube MOS change avec la température. Nous devons tester la plage de tension sur toute la plage de température de fonctionnement. La tension nominale doit avoir une marge suffisante pour couvrir cette plage de variation afin de garantir que le circuit ne tombera pas en panne. D'autres facteurs de sécurité à prendre en compte incluent les transitoires de tension provoqués par la commutation d'appareils électroniques (tels que des moteurs ou des transformateurs). La tension nominale des différentes applications est également différente ; Généralement, l'équipement portable est de 20 V, l'alimentation FPGA est de 20 ~ 30 V et l'application 85 ~ 220 VAC est de 450 ~ 600 V. Le tube MOS conçu par Kia Semiconductor a une forte tension de tenue et de larges champs d'application, et est favorisé par les clients.
2. Déterminez le courant nominal du tube MOS
Le courant nominal doit être le courant maximum que la charge peut supporter en toutes circonstances. Comme pour la situation de tension, même si le système génère un courant de crête, il est nécessaire de s'assurer que le transistor MOS sélectionné peut supporter ce courant nominal. Les deux situations actuelles considérées sont le mode continu et le pic d'impulsion. En mode de conduction continue, le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique est dans un état stable et le courant circule en continu à travers le dispositif. La pointe d'impulsion fait référence à un grand nombre de surtensions (ou pointes) circulant à travers l'appareil. Une fois le courant maximum dans ces conditions déterminé, il suffit de sélectionner directement le dispositif pouvant supporter le courant maximum.
Une fois le courant nominal sélectionné, la perte de conduction doit également être calculée. En fait, le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique n'est pas un dispositif idéal, car il y aura une perte de puissance dans le processus de conduction, appelée perte de conduction. Le transistor MOS est comme une résistance variable en "conduction", qui est déterminée par le RDS(ON) de l'appareil et change de manière significative avec la température. La consommation électrique de l'appareil peut être contrôlée par Iload2× Calcul RDS(ON). À mesure que la résistance à l'état passant change avec la température, la perte de puissance changera également proportionnellement. Plus la tension VGS appliquée au transistor MOS est élevée, plus le RDS(ON) sera petit. Sinon, RDS(ON) sera plus élevé. Notez que la résistance RDS(ON) augmentera légèrement avec le courant. Les modifications de divers paramètres électriques et pneumatiques concernant la résistance (à l'état passant) du système de données radio peuvent être trouvées dans la fiche technique fournie par le fabricant.
??Troisièmement, la prochaine étape dans la sélection des tubes MOS concerne les exigences de dissipation thermique du système.
Deux situations différentes doivent être considérées, à savoir le pire des cas et la situation réelle. Il est recommandé d'adopter le résultat de calcul du pire cas, car ce résultat offre une marge de sécurité plus grande, ce qui peut garantir que le système ne tombera pas en panne. Certaines données de mesure dans la fiche technique MOS nécessitent une attention particulière ; La température de jonction de l'appareil est égale à la température ambiante maximale plus le produit de la résistance thermique et de la consommation électrique (température de jonction = température ambiante maximale + [résistance thermique × Dissipation de puissance]). Selon cette formule, la consommation électrique maximale du système peut être résolue, définie comme étant égale à I2× RDS(ON)。 Nous avons calculé le RDS(ON) à différentes températures en fonction du courant maximum de l'appareil. De plus, la dissipation thermique du circuit imprimé et de son tube MOS doit également être bien réalisée.
Avalanche signifie que la tension inverse sur le dispositif semi-conducteur dépasse la valeur maximale, formant un champ électrique puissant et augmentant le courant dans le dispositif. L’augmentation de la taille des puces augmentera la résistance aux avalanches et, enfin, améliorera la robustesse du dispositif. Par conséquent, choisir un emballage plus grand peut prévenir efficacement les avalanches.
4. La dernière étape de la sélection du transistor MOS consiste à déterminer les performances de commutation du transistor MOS.
De nombreux paramètres affectent les performances du commutateur, mais les plus importants sont la capacité grille/drain, grille/source et drain/source. Ces capacités entraîneront une perte de commutation de l'appareil, car il doit être chargé à chaque commutation. Par conséquent, la vitesse de commutation du transistor à semi-conducteur à oxyde métallique diminue et le rendement du dispositif diminue également. Afin de calculer la perte totale de l'appareil lors de la commutation, il convient de calculer la perte lors de la commutation (Eon) et la perte lors de la commutation (Eoff). La puissance totale du MOSFET peut être exprimée par la formule suivante : Psw= (Eon+Eoff)× Fréquence de commutation. La charge de grille (Qgd) a la plus grande influence sur les performances de commutation.
Les transistors à effet de champ sont largement utilisés dans les circuits analogiques et les circuits numériques, étroitement liés à notre vie. Les avantages du FET sont les suivants : Premièrement, le circuit de pilotage est relativement simple. Le courant de commande requis par le FET est beaucoup plus faible que celui du BJT, et il peut généralement être directement piloté par un circuit CMOS ou TTL à collecteur ouvert. La vitesse de commutation du transistor à effet de champ est relativement rapide et il peut fonctionner à une vitesse plus élevée car il n'y a pas d'effet de stockage de charge. De plus, le FET n'a pas de mécanisme de panne secondaire, ce qui lui confère une plus grande durabilité à des températures plus élevées, un risque plus faible de panne thermique et de meilleures performances dans une plage de températures plus large. L'effet de champ a été largement utilisé dans les produits électroniques numériques portables tels que l'électronique grand public, les produits industriels, les équipements électromécaniques, les téléphones intelligents, etc.
??Tout d'abord, le choix de base du FET
Il existe deux types de FET : le canal N et le canal P. La première étape consiste à décider s’il faut utiliser un transistor MOS à canal N ou à canal P. Dans une application d'alimentation typique, lorsque le transistor MOS est mis à la terre et que la charge est connectée à la tension d'alimentation, le transistor MOS est configuré comme un commutateur côté basse tension. Dans l'interrupteur côté basse tension, compte tenu de la tension requise pour éteindre ou allumer l'appareil, un transistor MOS à canal N doit être utilisé. Lorsque le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique est connecté au bus et que la charge est mise à la terre, il doit être activé et désactivé du côté haute tension. Cette topologie adopte généralement un transistor MOS à canal P, également piloté par la tension.
Déterminez la tension nominale requise ou la tension maximale que l'équipement peut supporter. Plus la tension nominale est élevée, plus le coût de l'appareil est élevé. Selon l'expérience pratique, la tension nominale doit être supérieure à la tension d'alimentation ou à la tension du bus. De cette manière, une protection suffisante peut être assurée pour empêcher la défaillance du tube MOS. En termes de sélection de transistors à semi-conducteurs à oxyde métallique, il est nécessaire de déterminer la tension maximale possible entre le drain et la source, c'est-à-dire le VDS maximal. Il est très important de savoir que la tension maximale que peut supporter le tube MOS change avec la température. Nous devons tester la plage de tension sur toute la plage de température de fonctionnement. La tension nominale doit avoir une marge suffisante pour couvrir cette plage de variation afin de garantir que le circuit ne tombera pas en panne. D'autres facteurs de sécurité à prendre en compte incluent les transitoires de tension provoqués par la commutation d'appareils électroniques (tels que des moteurs ou des transformateurs). La tension nominale des différentes applications est également différente ; Généralement, l'équipement portable est de 20 V, l'alimentation FPGA est de 20 ~ 30 V et l'application 85 ~ 220 VAC est de 450 ~ 600 V. Le tube MOS conçu par Kia Semiconductor a une forte tension de tenue et de larges champs d'application, et est favorisé par les clients.
2. Déterminez le courant nominal du tube MOS
Le courant nominal doit être le courant maximum que la charge peut supporter en toutes circonstances. Comme pour la situation de tension, même si le système génère un courant de crête, il est nécessaire de s'assurer que le transistor MOS sélectionné peut supporter ce courant nominal. Les deux situations actuelles considérées sont le mode continu et le pic d'impulsion. En mode de conduction continue, le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique est dans un état stable et le courant circule en continu à travers le dispositif. La pointe d'impulsion fait référence à un grand nombre de surtensions (ou pointes) circulant à travers l'appareil. Une fois le courant maximum dans ces conditions déterminé, il suffit de sélectionner directement le dispositif pouvant supporter le courant maximum.
Une fois le courant nominal sélectionné, la perte de conduction doit également être calculée. En fait, le transistor à semi-conducteur à oxyde métallique n'est pas un dispositif idéal, car il y aura une perte de puissance dans le processus de conduction, appelée perte de conduction. Le transistor MOS est comme une résistance variable en "conduction", qui est déterminée par le RDS(ON) de l'appareil et change de manière significative avec la température. La consommation électrique de l'appareil peut être contrôlée par Iload2× Calcul RDS(ON). À mesure que la résistance à l'état passant change avec la température, la perte de puissance changera également proportionnellement. Plus la tension VGS appliquée au transistor MOS est élevée, plus le RDS(ON) sera petit. Sinon, RDS(ON) sera plus élevé. Notez que la résistance RDS(ON) augmentera légèrement avec le courant. Les modifications de divers paramètres électriques et pneumatiques concernant la résistance (à l'état passant) du système de données radio peuvent être trouvées dans la fiche technique fournie par le fabricant.
??Troisièmement, la prochaine étape dans la sélection des tubes MOS concerne les exigences de dissipation thermique du système.
Deux situations différentes doivent être considérées, à savoir le pire des cas et la situation réelle. Il est recommandé d'adopter le résultat de calcul du pire cas, car ce résultat offre une marge de sécurité plus grande, ce qui peut garantir que le système ne tombera pas en panne. Certaines données de mesure dans la fiche technique MOS nécessitent une attention particulière ; La température de jonction de l'appareil est égale à la température ambiante maximale plus le produit de la résistance thermique et de la consommation électrique (température de jonction = température ambiante maximale + [résistance thermique × Dissipation de puissance]). Selon cette formule, la consommation électrique maximale du système peut être résolue, définie comme étant égale à I2× RDS(ON)。 Nous avons calculé le RDS(ON) à différentes températures en fonction du courant maximum de l'appareil. De plus, la dissipation thermique du circuit imprimé et de son tube MOS doit également être bien réalisée.
Avalanche signifie que la tension inverse sur le dispositif semi-conducteur dépasse la valeur maximale, formant un champ électrique puissant et augmentant le courant dans le dispositif. L’augmentation de la taille des puces augmentera la résistance aux avalanches et, enfin, améliorera la robustesse du dispositif. Par conséquent, choisir un emballage plus grand peut prévenir efficacement les avalanches.
4. La dernière étape de la sélection du transistor MOS consiste à déterminer les performances de commutation du transistor MOS.
De nombreux paramètres affectent les performances du commutateur, mais les plus importants sont la capacité grille/drain, grille/source et drain/source. Ces capacités entraîneront une perte de commutation de l'appareil, car il doit être chargé à chaque commutation. Par conséquent, la vitesse de commutation du transistor à semi-conducteur à oxyde métallique diminue et le rendement du dispositif diminue également. Afin de calculer la perte totale de l'appareil lors de la commutation, il convient de calculer la perte lors de la commutation (Eon) et la perte lors de la commutation (Eoff). La puissance totale du MOSFET peut être exprimée par la formule suivante : Psw= (Eon+Eoff)× Fréquence de commutation. La charge de grille (Qgd) a la plus grande influence sur les performances de commutation.
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