MOSFET電界効果管の正しい選び方

2022-03-17 287

MOSFET電界効果トランジスタを正しく選択する方法

電界効果トランジスタは、私たちの生活に密接な関係のあるアナログ回路やデジタル回路に広く使われています。 FET の利点は次のとおりです。まず、駆動回路が比較的単純です。 FET に必要な駆動電流は BJT よりもはるかに小さく、通常は CMOS またはオープンコレクタ TTL 回路によって直接駆動できます。電界効果トランジスタのスイッチング速度は比較的速く、電荷蓄積効果がないため高速動作が可能です。さらに、FETには二次破壊の故障機構がないため、高温での耐久性が高く、熱破壊の可能性が低く、より広い温度範囲で優れた性能を発揮します。電界効果は、家庭用電化製品、工業製品、電気機械機器、スマートフォンなどのポータブルデジタル電子製品で広く使用されています。

??FET製品は自動車、通信、エネルギー、消費、グリーン産業などの分野で広く使用され、近年急速に発展しています。注目を集めているパワーFET。将来的にも、FET は依然として支配的な地位を占めるでしょう。電界効果トランジスタは、この分野に参入したばかりの多くの技術者が今後も触れるデバイスとなるでしょう。次に、Micro BiSemiconductor は、重要な定数の選択と導入、システムと熱放散の考慮事項など、電界効果トランジスタの基本的な知識について説明します。
??まずは基本的なFETの選び方

FETにはNチャネルとPチャネルの2種類があります。最初のステップは、N チャネル MOS トランジスタを使用するか P チャネル MOS トランジスタを使用するかを決定することです。一般的な電源アプリケーションでは、MOS トランジスタが接地され、負荷が電源電圧に接続されている場合、MOS トランジスタは低電圧側スイッチとして構成されます。低電圧側スイッチには、デバイスのターンオフまたはターンオンに必要な電圧を考慮して、N チャネル MOS トランジスタを使用する必要があります。金属酸化物半導体トランジスタがバスに接続され、負荷が接地されている場合、高電圧側でオン/オフする必要があります。このトポロジには通常、同じく電圧で駆動される P チャネル MOS トランジスタが採用されています。

必要な定格電圧または機器が耐えられる最大電圧を決定します。定格電圧が高くなるほど、デバイスのコストも高くなります。実際の経験によれば、定格電圧は電源電圧またはバス電圧より大きくなければなりません。このようにして、MOS チューブの故障を防ぐために十分な保護を提供できます。金属酸化膜半導体トランジスタを選択する際には、ドレイン・ソース間で取り得る最大電圧、つまり最大VDSを決める必要があります。 MOS チューブが耐えられる最大電圧は温度によって変化することを知っておくことが非常に重要です。動作温度範囲全体にわたって電圧範囲をテストする必要があります。回路が故障しないように、定格電圧にはこの変動範囲をカバーするのに十分なマージンが必要です。考慮すべきその他の安全要素には、スイッチング電子デバイス (モーターや変圧器など) によって引き起こされる過渡電圧が含まれます。アプリケーションごとに定格電圧も異なります。一般にポータブル機器は20V、FPGA電源は20～30V、AC85～220Vアプリケーションは450～600Vです。起亜半導体が設計したMOSチューブは耐電圧が強く、応用分野が広く、好まれています。顧客によって。

2. MOS管の定格電流を決める

定格電流は、いかなる状況下でも負荷が耐えられる最大電流である必要があります。電圧の場合と同様に、システムがピーク電流を生成する場合でも、選択した MOS トランジスタがこの定格電流に耐えられることを確認する必要があります。考慮される 2 つの現在の状況は、連続モードとパルススパイクです。連続導通モードでは、金属酸化物半導体トランジスタは安定状態にあり、電流がデバイスに継続的に流れます。パルススパイクとは、デバイスを流れる多数のサージ (またはスパイク) を指します。これらの条件での最大電流が決まれば、その最大電流に耐えられるデバイスを直接選択するだけで済みます。

定格電流を選択した後、導通損失も計算する必要があります。実際には、金属酸化物半導体トランジスタは理想的なデバイスではありません。導通過程で電力損失が発生し、これを導通損失と呼びます。 MOS トランジスタは「導通」における可変抵抗器のようなもので、導通はデバイスの RDS(ON) によって決まり、温度によって大きく変化します。デバイスの消費電力は Iload2× によって制御できます。 RDS(ON)の計算。オン抵抗は温度とともに変化するため、電力損失もそれに比例して変化します。 MOS トランジスタに印加される電圧 VGS が高くなるほど、RDS(ON) は小さくなります。それ以外の場合は、RDS(ON) が高くなります。 RDS(ON) 抵抗は電流とともにわずかに上昇することに注意してください。無線データシステムの (オン) 抵抗に関するさまざまな電気および空気圧パラメータの変化は、製造元が提供する技術データシートに記載されています。

??第三に、MOS チューブを選択する次のステップは、システムの熱放散要件です。

2 つの異なる状況、つまり最悪の状況と実際の状況を考慮する必要があります。最悪の場合の計算結果を採用することをお勧めします。この結果により安全マージンが大きくなり、システムが故障しないことが保証されます。 MOS データシートには注意が必要な測定データがいくつかあります。デバイスのジャンクション温度は、最高周囲温度に熱抵抗と消費電力の積を加えたものに等しくなります (ジャンクション温度 = 最高周囲温度 + [熱抵抗 × 消費電力])。この式に従って、システムの最大消費電力を解くことができます。これは、I2×に等しいと定義されます。 RDS(オン)。デバイスの最大電流に従って、さまざまな温度での RDS(ON) を計算しました。また、基板やそのMOSチューブの放熱も良くする必要があります。

アバランシェとは、半導体デバイスの逆電圧が最大値を超え、強い電界が形成され、デバイス内の電流が増加することを意味します。チップサイズの増加によりアバランシェ耐性が向上し、最終的にはデバイスの堅牢性が向上します。したがって、より大きなパッケージを選択すると、雪崩を効果的に防ぐことができます。

4. MOS トランジスタを選択する最後のステップは、MOS トランジスタのスイッチング性能を決定することです。

スイッチの性能に影響を与えるパラメータは数多くありますが、最も重要なパラメータはゲート/ドレイン、ゲート/ソース、ドレイン/ソース容量です。スイッチングするたびに充電する必要があるため、これらの静電容量はデバイスのスイッチング損失につながります。したがって、金属酸化物半導体トランジスタのスイッチング速度が低下し、デバイス効率も低下する。スイッチング時のデバイスのトータル損失を計算するには、スイッチング時損失(Eon)とスイッチング時損失(Eoff)を計算する必要があります。 MOSFETの総電力は次の式で表すことができます：Psw=（Eon+Eoff）× スイッチング周波数。ゲート電荷 (Qgd) はスイッチング性能に最も大きな影響を与えます。

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