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Come selezionare correttamente il tubo ad effetto di campo MOSFET
2022-03-17
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Come selezionare correttamente il transistor ad effetto di campo mosfet
I transistor ad effetto di campo sono ampiamente utilizzati nei circuiti analogici e nei circuiti digitali, che sono strettamente legati alla nostra vita. I vantaggi del FET sono: Innanzitutto, il circuito di pilotaggio è relativamente semplice. La corrente di pilotaggio richiesta dal FET è molto inferiore a quella del BJT e di solito può essere pilotata direttamente dal CMOS o dal circuito TTL a collettore aperto. La velocità di commutazione del transistor ad effetto di campo è relativamente elevata e può funzionare a una velocità maggiore poiché non vi è alcun effetto di accumulo di carica. Inoltre, il FET non dispone di un meccanismo di guasto per guasto secondario, quindi ha una maggiore durata a temperature più elevate, una minore possibilità di guasto termico e prestazioni migliori in un intervallo di temperature più ampio. L'effetto di campo è stato ampiamente utilizzato nei prodotti elettronici digitali portatili come l'elettronica di consumo, i prodotti industriali, le apparecchiature elettromeccaniche, gli smartphone, ecc.
??Negli ultimi anni, con l'ampio utilizzo di prodotti FET nei settori automobilistico, delle comunicazioni, dell'energia, dei consumi, dell'industria verde e in altri settori, si è sviluppato rapidamente negli ultimi anni. Il Power FET ha attirato molta attenzione. Anche in futuro la FET occuperà una posizione dominante. I transistor ad effetto di campo saranno ancora i dispositivi con cui entreranno in contatto molti ingegneri appena entrati in questo campo. Successivamente, Micro BiSemiconductor discuterà alcune conoscenze di base sui transistor ad effetto di campo, inclusa la selezione e l'introduzione delle costanti chiave, nonché considerazioni sul sistema e sulla dissipazione del calore.
??Innanzitutto, la scelta di base del FET
Esistono due tipi di FET: canale N e canale P. Il primo passo è decidere se utilizzare un transistor MOS a canale N o a canale P. In una tipica applicazione di alimentazione, quando il transistor MOS è messo a terra e il carico è collegato alla tensione di alimentazione, il transistor MOS è configurato come interruttore laterale a bassa tensione. Nell'interruttore laterale a bassa tensione, considerando la tensione richiesta per spegnere o accendere il dispositivo, è necessario utilizzare un transistor MOS a canale N. Quando il transistor a semiconduttore a ossido di metallo è collegato al bus e il carico è messo a terra, deve essere acceso e spento sul lato dell'alta tensione. Questa topologia adotta solitamente un transistor MOS a canale P, anch'esso pilotato dalla tensione.
Determinare la tensione nominale richiesta o la tensione massima che l'apparecchiatura può sopportare. Maggiore è la tensione nominale, maggiore è il costo del dispositivo. Secondo l'esperienza pratica, la tensione nominale dovrebbe essere maggiore della tensione di alimentazione o della tensione del bus. In questo modo è possibile fornire una protezione sufficiente per evitare guasti al tubo MOS. In termini di selezione dei transistor a semiconduttore a ossido di metallo, è necessario determinare la possibile tensione massima tra drain e source, ovvero il VDS massimo. È molto importante sapere che la tensione massima che il tubo MOS può sopportare cambierà con la temperatura. Dobbiamo testare l'intervallo di tensione sull'intero intervallo di temperature operative. La tensione nominale deve avere un margine sufficiente per coprire questo intervallo di variazione per garantire che il circuito non si guasti. Altri fattori di sicurezza da considerare includono i transitori di tensione causati dalla commutazione di dispositivi elettronici (come motori o trasformatori). Anche la tensione nominale delle diverse applicazioni è diversa; Generalmente, l'apparecchiatura portatile è 20 V, l'alimentazione FPGA è 20 ~ 30 V e l'applicazione 85 ~ 220 V CA è 450 ~ 600 V. Il tubo MOS progettato da Kia Semiconductor ha una forte tensione di resistenza e ampi campi di applicazione ed è preferito dai clienti.
2. Determinare la corrente nominale del tubo MOS
La corrente nominale dovrebbe essere la corrente massima che il carico può sopportare in qualsiasi circostanza. Analogamente alla situazione della tensione, anche se il sistema genera corrente di picco, è necessario garantire che il transistor MOS selezionato possa sopportare questa corrente nominale. Le due situazioni attuali considerate sono la modalità continua e il picco di impulso. Nella modalità di conduzione continua, il transistor semiconduttore a ossido di metallo è in uno stato stabile e la corrente scorre continuamente attraverso il dispositivo. Il picco di impulsi si riferisce a un gran numero di picchi (o picchi) che fluiscono attraverso il dispositivo. Una volta determinata la corrente massima in queste condizioni, è solo necessario selezionare direttamente il dispositivo in grado di sopportare la corrente massima.
Dopo aver selezionato la corrente nominale, è necessario calcolare anche la perdita di conduzione. In realtà, il transistor semiconduttore a ossido di metallo non è un dispositivo ideale, perché si verificherà una perdita di potenza nel processo di conduzione, chiamata perdita di conduzione. Il transistor MOS è come un resistore variabile in "conduzione", che è determinato dall'RDS(ON) del dispositivo e cambia significativamente con la temperatura. Il consumo energetico del dispositivo può essere controllato da Iload2× Calcolo RDS(ON). Poiché la resistenza in conduzione cambia con la temperatura, anche la perdita di potenza cambierà proporzionalmente. Maggiore è la tensione VGS applicata al transistor MOS, minore sarà l'RDS(ON). Altrimenti, RDS(ON) sarà più alto. Si noti che la resistenza RDS(ON) aumenterà leggermente con la corrente. Le modifiche di vari parametri elettrici e pneumatici relativi alla resistenza (on) del sistema dati radio possono essere trovate nella scheda tecnica fornita dal produttore.
??In terzo luogo, il passo successivo nella scelta dei tubi MOS riguarda i requisiti di dissipazione del calore del sistema.
Bisogna considerare due diverse situazioni, vale a dire il caso peggiore e la situazione reale. Si consiglia di adottare il risultato del calcolo del caso peggiore, poiché questo risultato fornisce un margine di sicurezza più ampio, che può garantire che il sistema non fallisca. Ci sono alcuni dati di misurazione nella scheda tecnica MOS che richiedono attenzione; La temperatura di giunzione del dispositivo è uguale alla temperatura ambiente massima più il prodotto della resistenza termica e del consumo energetico (temperatura di giunzione = temperatura ambiente massima+[resistenza termica × Dissipazione di potenza]). Secondo questa formula è possibile risolvere il consumo energetico massimo del sistema, che è definito pari a I2× RDS(ON)。 Abbiamo calcolato l'RDS(ON) a diverse temperature in base alla corrente massima del dispositivo. Inoltre, anche la dissipazione del calore del circuito stampato e del relativo tubo MOS dovrebbe essere eseguita bene.
Valanga significa che la tensione inversa sul dispositivo a semiconduttore supera il valore massimo, formando un forte campo elettrico e aumentando la corrente nel dispositivo. L'aumento delle dimensioni del chip aumenterà la resistenza alle valanghe e, infine, migliorerà la robustezza del dispositivo. Pertanto, la scelta di un pacchetto più grande può prevenire efficacemente le valanghe.
4. L'ultimo passo nella selezione del transistor MOS è determinare le prestazioni di commutazione del transistor MOS.
Esistono molti parametri che influenzano le prestazioni dello switch, ma i più importanti sono la capacità gate/drain, gate/source e drain/source. Queste capacità porteranno alla perdita di commutazione del dispositivo, perché deve essere caricato ogni volta che viene acceso. Pertanto, la velocità di commutazione del transistor semiconduttore a ossido di metallo diminuisce e diminuisce anche l'efficienza del dispositivo. Per calcolare la perdita totale del dispositivo durante la commutazione, è necessario calcolare la perdita durante la commutazione (Eon) e la perdita durante la commutazione (Eoff). La potenza totale del MOSFET può essere espressa dalla seguente formula: Psw= (Eon+Eoff)× Frequenza di commutazione. La carica di gate (Qgd) ha la maggiore influenza sulle prestazioni di commutazione.
I transistor ad effetto di campo sono ampiamente utilizzati nei circuiti analogici e nei circuiti digitali, che sono strettamente legati alla nostra vita. I vantaggi del FET sono: Innanzitutto, il circuito di pilotaggio è relativamente semplice. La corrente di pilotaggio richiesta dal FET è molto inferiore a quella del BJT e di solito può essere pilotata direttamente dal CMOS o dal circuito TTL a collettore aperto. La velocità di commutazione del transistor ad effetto di campo è relativamente elevata e può funzionare a una velocità maggiore poiché non vi è alcun effetto di accumulo di carica. Inoltre, il FET non dispone di un meccanismo di guasto per guasto secondario, quindi ha una maggiore durata a temperature più elevate, una minore possibilità di guasto termico e prestazioni migliori in un intervallo di temperature più ampio. L'effetto di campo è stato ampiamente utilizzato nei prodotti elettronici digitali portatili come l'elettronica di consumo, i prodotti industriali, le apparecchiature elettromeccaniche, gli smartphone, ecc.
??Innanzitutto, la scelta di base del FET
Esistono due tipi di FET: canale N e canale P. Il primo passo è decidere se utilizzare un transistor MOS a canale N o a canale P. In una tipica applicazione di alimentazione, quando il transistor MOS è messo a terra e il carico è collegato alla tensione di alimentazione, il transistor MOS è configurato come interruttore laterale a bassa tensione. Nell'interruttore laterale a bassa tensione, considerando la tensione richiesta per spegnere o accendere il dispositivo, è necessario utilizzare un transistor MOS a canale N. Quando il transistor a semiconduttore a ossido di metallo è collegato al bus e il carico è messo a terra, deve essere acceso e spento sul lato dell'alta tensione. Questa topologia adotta solitamente un transistor MOS a canale P, anch'esso pilotato dalla tensione.
Determinare la tensione nominale richiesta o la tensione massima che l'apparecchiatura può sopportare. Maggiore è la tensione nominale, maggiore è il costo del dispositivo. Secondo l'esperienza pratica, la tensione nominale dovrebbe essere maggiore della tensione di alimentazione o della tensione del bus. In questo modo è possibile fornire una protezione sufficiente per evitare guasti al tubo MOS. In termini di selezione dei transistor a semiconduttore a ossido di metallo, è necessario determinare la possibile tensione massima tra drain e source, ovvero il VDS massimo. È molto importante sapere che la tensione massima che il tubo MOS può sopportare cambierà con la temperatura. Dobbiamo testare l'intervallo di tensione sull'intero intervallo di temperature operative. La tensione nominale deve avere un margine sufficiente per coprire questo intervallo di variazione per garantire che il circuito non si guasti. Altri fattori di sicurezza da considerare includono i transitori di tensione causati dalla commutazione di dispositivi elettronici (come motori o trasformatori). Anche la tensione nominale delle diverse applicazioni è diversa; Generalmente, l'apparecchiatura portatile è 20 V, l'alimentazione FPGA è 20 ~ 30 V e l'applicazione 85 ~ 220 V CA è 450 ~ 600 V. Il tubo MOS progettato da Kia Semiconductor ha una forte tensione di resistenza e ampi campi di applicazione ed è preferito dai clienti.
2. Determinare la corrente nominale del tubo MOS
La corrente nominale dovrebbe essere la corrente massima che il carico può sopportare in qualsiasi circostanza. Analogamente alla situazione della tensione, anche se il sistema genera corrente di picco, è necessario garantire che il transistor MOS selezionato possa sopportare questa corrente nominale. Le due situazioni attuali considerate sono la modalità continua e il picco di impulso. Nella modalità di conduzione continua, il transistor semiconduttore a ossido di metallo è in uno stato stabile e la corrente scorre continuamente attraverso il dispositivo. Il picco di impulsi si riferisce a un gran numero di picchi (o picchi) che fluiscono attraverso il dispositivo. Una volta determinata la corrente massima in queste condizioni, è solo necessario selezionare direttamente il dispositivo in grado di sopportare la corrente massima.
Dopo aver selezionato la corrente nominale, è necessario calcolare anche la perdita di conduzione. In realtà, il transistor semiconduttore a ossido di metallo non è un dispositivo ideale, perché si verificherà una perdita di potenza nel processo di conduzione, chiamata perdita di conduzione. Il transistor MOS è come un resistore variabile in "conduzione", che è determinato dall'RDS(ON) del dispositivo e cambia significativamente con la temperatura. Il consumo energetico del dispositivo può essere controllato da Iload2× Calcolo RDS(ON). Poiché la resistenza in conduzione cambia con la temperatura, anche la perdita di potenza cambierà proporzionalmente. Maggiore è la tensione VGS applicata al transistor MOS, minore sarà l'RDS(ON). Altrimenti, RDS(ON) sarà più alto. Si noti che la resistenza RDS(ON) aumenterà leggermente con la corrente. Le modifiche di vari parametri elettrici e pneumatici relativi alla resistenza (on) del sistema dati radio possono essere trovate nella scheda tecnica fornita dal produttore.
??In terzo luogo, il passo successivo nella scelta dei tubi MOS riguarda i requisiti di dissipazione del calore del sistema.
Bisogna considerare due diverse situazioni, vale a dire il caso peggiore e la situazione reale. Si consiglia di adottare il risultato del calcolo del caso peggiore, poiché questo risultato fornisce un margine di sicurezza più ampio, che può garantire che il sistema non fallisca. Ci sono alcuni dati di misurazione nella scheda tecnica MOS che richiedono attenzione; La temperatura di giunzione del dispositivo è uguale alla temperatura ambiente massima più il prodotto della resistenza termica e del consumo energetico (temperatura di giunzione = temperatura ambiente massima+[resistenza termica × Dissipazione di potenza]). Secondo questa formula è possibile risolvere il consumo energetico massimo del sistema, che è definito pari a I2× RDS(ON)。 Abbiamo calcolato l'RDS(ON) a diverse temperature in base alla corrente massima del dispositivo. Inoltre, anche la dissipazione del calore del circuito stampato e del relativo tubo MOS dovrebbe essere eseguita bene.
Valanga significa che la tensione inversa sul dispositivo a semiconduttore supera il valore massimo, formando un forte campo elettrico e aumentando la corrente nel dispositivo. L'aumento delle dimensioni del chip aumenterà la resistenza alle valanghe e, infine, migliorerà la robustezza del dispositivo. Pertanto, la scelta di un pacchetto più grande può prevenire efficacemente le valanghe.
4. L'ultimo passo nella selezione del transistor MOS è determinare le prestazioni di commutazione del transistor MOS.
Esistono molti parametri che influenzano le prestazioni dello switch, ma i più importanti sono la capacità gate/drain, gate/source e drain/source. Queste capacità porteranno alla perdita di commutazione del dispositivo, perché deve essere caricato ogni volta che viene acceso. Pertanto, la velocità di commutazione del transistor semiconduttore a ossido di metallo diminuisce e diminuisce anche l'efficienza del dispositivo. Per calcolare la perdita totale del dispositivo durante la commutazione, è necessario calcolare la perdita durante la commutazione (Eon) e la perdita durante la commutazione (Eoff). La potenza totale del MOSFET può essere espressa dalla seguente formula: Psw= (Eon+Eoff)× Frequenza di commutazione. La carica di gate (Qgd) ha la maggiore influenza sulle prestazioni di commutazione.
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