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Como selecionar corretamente o tubo de efeito de campo MOSFET
2022-03-17
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Como selecionar corretamente o transistor de efeito de campo mosfet
Os transistores de efeito de campo são amplamente utilizados em circuitos analógicos e digitais, que estão intimamente relacionados à nossa vida. As vantagens do FET são: Primeiro, o circuito de acionamento é relativamente simples. A corrente de acionamento exigida pelo FET é muito menor que a do BJT e geralmente pode ser acionada diretamente pelo CMOS ou pelo circuito TTL de coletor aberto. A velocidade de comutação do transistor de efeito de campo é relativamente rápida e pode funcionar em uma velocidade mais alta porque não há efeito de armazenamento de carga. Além disso, o FET não possui mecanismo de falha secundária, portanto possui maior durabilidade em temperaturas mais altas, menor possibilidade de ruptura térmica e melhor desempenho em uma faixa de temperatura mais ampla. O efeito de campo tem sido amplamente utilizado em produtos eletrônicos digitais portáteis, como eletrônicos de consumo, produtos industriais, equipamentos eletromecânicos, smartphones, etc.
??Nos últimos anos, com a ampla utilização de produtos FET em automóveis, comunicações, energia, consumo, indústria verde e outras indústrias, desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos. Power FET atraiu muita atenção. No futuro, as FET continuarão a ocupar uma posição dominante. Os transistores de efeito de campo ainda serão os dispositivos com os quais muitos engenheiros que acabaram de entrar nesta área entrarão em contato. A seguir, Micro BiSemiconductor discutirá alguns conhecimentos básicos de transistores de efeito de campo, incluindo a seleção e introdução de constantes principais, considerações de sistema e dissipação de calor.
??Primeiro, a escolha básica do FET
Existem dois tipos de FET: canal N e canal P. O primeiro passo é decidir se usará o transistor MOS do canal N ou do canal P. Em uma aplicação típica de fonte de alimentação, quando o transistor MOS está aterrado e a carga está conectada à tensão da fonte de alimentação, o transistor MOS é configurado como uma chave lateral de baixa tensão. Na chave lateral de baixa tensão, considerando a tensão necessária para desligar ou ligar o dispositivo, deve-se utilizar o transistor MOS de canal N. Quando o transistor semicondutor de óxido metálico está conectado ao barramento e a carga está aterrada, ele deve ser ligado e desligado no lado de alta tensão. Essa topologia geralmente adota o transistor MOS do canal P, que também é acionado por tensão.
Determine a tensão nominal necessária ou a tensão máxima que o equipamento pode suportar. Quanto maior a tensão nominal, maior será o custo do dispositivo. De acordo com a experiência prática, a tensão nominal deve ser maior que a tensão da fonte de alimentação ou do barramento. Desta forma, pode ser fornecida proteção suficiente para evitar falhas no tubo MOS. Em termos de seleção de transistores semicondutores de óxido metálico, é necessário determinar a tensão máxima possível entre o dreno e a fonte, ou seja, o VDS máximo. É muito importante saber que a tensão máxima que o tubo MOS pode suportar mudará com a temperatura. Devemos testar a faixa de tensão em toda a faixa de temperatura operacional. A tensão nominal deve ter margem suficiente para cobrir esta faixa de variação para garantir que o circuito não falhe. Outros fatores de segurança a serem considerados incluem transientes de tensão causados pela comutação de dispositivos eletrônicos (como motores ou transformadores). A tensão nominal de diferentes aplicações também é diferente; Geralmente, o equipamento portátil é de 20 V, a fonte de alimentação FPGA é de 20 ~ 30 V e a aplicação de 85 ~ 220 VCA é de 450 ~ 600 V. O tubo MOS projetado pela Kia Semiconductor tem forte tensão suportável e amplos campos de aplicação, e é favorecido pelos clientes.
2. Determine a corrente nominal do tubo MOS
A corrente nominal deve ser a corrente máxima que a carga pode suportar em qualquer circunstância. Semelhante à situação de tensão, mesmo que o sistema gere corrente de pico, é necessário garantir que o transistor MOS selecionado possa suportar esta corrente nominal. As duas situações atuais consideradas são modo contínuo e pico de pulso. No modo de condução contínua, o transistor semicondutor de óxido metálico está em um estado estável e a corrente flui continuamente através do dispositivo. Pico de pulso refere-se a um grande número de surtos (ou picos) fluindo através do dispositivo. Uma vez determinada a corrente máxima sob estas condições, basta selecionar diretamente o dispositivo que pode suportar a corrente máxima.
Após a seleção da corrente nominal, a perda por condução também deve ser calculada. Na verdade, o transistor semicondutor de óxido metálico não é um dispositivo ideal, pois haverá perda de potência no processo de condução, que é chamada de perda de condução. O transistor MOS é como um resistor variável em “condução”, que é determinado pelo RDS(ON) do dispositivo e muda significativamente com a temperatura. O consumo de energia do dispositivo pode ser controlado por Iload2× Cálculo RDS(ON). À medida que a resistência ligada muda com a temperatura, a perda de potência também muda proporcionalmente. Quanto maior a tensão VGS aplicada ao transistor MOS, menor será o RDS(ON). Caso contrário, RDS(ON) será maior. Observe que a resistência RDS(ON) aumentará ligeiramente com a corrente. Alterações de diversos parâmetros elétricos e pneumáticos sobre a resistência (on) do sistema de dados de rádio podem ser encontradas na ficha técnica fornecida pelo fabricante.
??Terceiro, o próximo passo na seleção dos tubos MOS são os requisitos de dissipação de calor do sistema.
Duas situações diferentes devem ser consideradas, nomeadamente, o pior caso e a situação real. Recomenda-se adotar o resultado de cálculo do pior caso, pois este resultado proporciona uma margem de segurança maior, o que pode garantir que o sistema não falhará. Existem alguns dados de medição na ficha técnica do MOS que precisam de atenção; A temperatura de junção do dispositivo é igual à temperatura ambiente máxima mais o produto da resistência térmica e do consumo de energia (temperatura de junção = temperatura ambiente máxima + [resistência térmica × Dissipação de energia]). De acordo com esta fórmula, pode-se resolver o consumo máximo de energia do sistema, que é definido como igual a I2× RDS(ON)。 Calculamos o RDS(ON) em diferentes temperaturas de acordo com a corrente máxima do dispositivo. Além disso, a dissipação de calor da placa de circuito e de seu tubo MOS também deve ser bem feita.
Avalanche significa que a tensão reversa no dispositivo semicondutor excede o valor máximo, formando um forte campo elétrico e aumentando a corrente no dispositivo. O aumento do tamanho do chip aumentará a resistência a avalanches e, finalmente, melhorará a robustez do dispositivo. Portanto, escolher um pacote maior pode prevenir eficazmente a avalanche.
4. A última etapa na seleção do transistor MOS é determinar o desempenho de comutação do transistor MOS.
Existem muitos parâmetros que afetam o desempenho da chave, mas os mais importantes são capacitância porta/dreno, porta/fonte e capacitância dreno/fonte. Essas capacitâncias levarão à perda de comutação do dispositivo, pois ele precisa ser carregado toda vez que for comutado. Portanto, a velocidade de comutação do transistor semicondutor de óxido metálico diminui e a eficiência do dispositivo também diminui. Para calcular a perda total do dispositivo durante a comutação, devem ser calculadas a perda durante a comutação (Eon) e a perda durante a comutação (Eoff). A potência total do MOSFET pode ser expressa pela seguinte fórmula: Psw= (Eon+Eoff)× Freqüência de comutação. A carga do portão (Qgd) tem a maior influência no desempenho da comutação.
Os transistores de efeito de campo são amplamente utilizados em circuitos analógicos e digitais, que estão intimamente relacionados à nossa vida. As vantagens do FET são: Primeiro, o circuito de acionamento é relativamente simples. A corrente de acionamento exigida pelo FET é muito menor que a do BJT e geralmente pode ser acionada diretamente pelo CMOS ou pelo circuito TTL de coletor aberto. A velocidade de comutação do transistor de efeito de campo é relativamente rápida e pode funcionar em uma velocidade mais alta porque não há efeito de armazenamento de carga. Além disso, o FET não possui mecanismo de falha secundária, portanto possui maior durabilidade em temperaturas mais altas, menor possibilidade de ruptura térmica e melhor desempenho em uma faixa de temperatura mais ampla. O efeito de campo tem sido amplamente utilizado em produtos eletrônicos digitais portáteis, como eletrônicos de consumo, produtos industriais, equipamentos eletromecânicos, smartphones, etc.
??Primeiro, a escolha básica do FET
Existem dois tipos de FET: canal N e canal P. O primeiro passo é decidir se usará o transistor MOS do canal N ou do canal P. Em uma aplicação típica de fonte de alimentação, quando o transistor MOS está aterrado e a carga está conectada à tensão da fonte de alimentação, o transistor MOS é configurado como uma chave lateral de baixa tensão. Na chave lateral de baixa tensão, considerando a tensão necessária para desligar ou ligar o dispositivo, deve-se utilizar o transistor MOS de canal N. Quando o transistor semicondutor de óxido metálico está conectado ao barramento e a carga está aterrada, ele deve ser ligado e desligado no lado de alta tensão. Essa topologia geralmente adota o transistor MOS do canal P, que também é acionado por tensão.
Determine a tensão nominal necessária ou a tensão máxima que o equipamento pode suportar. Quanto maior a tensão nominal, maior será o custo do dispositivo. De acordo com a experiência prática, a tensão nominal deve ser maior que a tensão da fonte de alimentação ou do barramento. Desta forma, pode ser fornecida proteção suficiente para evitar falhas no tubo MOS. Em termos de seleção de transistores semicondutores de óxido metálico, é necessário determinar a tensão máxima possível entre o dreno e a fonte, ou seja, o VDS máximo. É muito importante saber que a tensão máxima que o tubo MOS pode suportar mudará com a temperatura. Devemos testar a faixa de tensão em toda a faixa de temperatura operacional. A tensão nominal deve ter margem suficiente para cobrir esta faixa de variação para garantir que o circuito não falhe. Outros fatores de segurança a serem considerados incluem transientes de tensão causados pela comutação de dispositivos eletrônicos (como motores ou transformadores). A tensão nominal de diferentes aplicações também é diferente; Geralmente, o equipamento portátil é de 20 V, a fonte de alimentação FPGA é de 20 ~ 30 V e a aplicação de 85 ~ 220 VCA é de 450 ~ 600 V. O tubo MOS projetado pela Kia Semiconductor tem forte tensão suportável e amplos campos de aplicação, e é favorecido pelos clientes.
2. Determine a corrente nominal do tubo MOS
A corrente nominal deve ser a corrente máxima que a carga pode suportar em qualquer circunstância. Semelhante à situação de tensão, mesmo que o sistema gere corrente de pico, é necessário garantir que o transistor MOS selecionado possa suportar esta corrente nominal. As duas situações atuais consideradas são modo contínuo e pico de pulso. No modo de condução contínua, o transistor semicondutor de óxido metálico está em um estado estável e a corrente flui continuamente através do dispositivo. Pico de pulso refere-se a um grande número de surtos (ou picos) fluindo através do dispositivo. Uma vez determinada a corrente máxima sob estas condições, basta selecionar diretamente o dispositivo que pode suportar a corrente máxima.
Após a seleção da corrente nominal, a perda por condução também deve ser calculada. Na verdade, o transistor semicondutor de óxido metálico não é um dispositivo ideal, pois haverá perda de potência no processo de condução, que é chamada de perda de condução. O transistor MOS é como um resistor variável em “condução”, que é determinado pelo RDS(ON) do dispositivo e muda significativamente com a temperatura. O consumo de energia do dispositivo pode ser controlado por Iload2× Cálculo RDS(ON). À medida que a resistência ligada muda com a temperatura, a perda de potência também muda proporcionalmente. Quanto maior a tensão VGS aplicada ao transistor MOS, menor será o RDS(ON). Caso contrário, RDS(ON) será maior. Observe que a resistência RDS(ON) aumentará ligeiramente com a corrente. Alterações de diversos parâmetros elétricos e pneumáticos sobre a resistência (on) do sistema de dados de rádio podem ser encontradas na ficha técnica fornecida pelo fabricante.
??Terceiro, o próximo passo na seleção dos tubos MOS são os requisitos de dissipação de calor do sistema.
Duas situações diferentes devem ser consideradas, nomeadamente, o pior caso e a situação real. Recomenda-se adotar o resultado de cálculo do pior caso, pois este resultado proporciona uma margem de segurança maior, o que pode garantir que o sistema não falhará. Existem alguns dados de medição na ficha técnica do MOS que precisam de atenção; A temperatura de junção do dispositivo é igual à temperatura ambiente máxima mais o produto da resistência térmica e do consumo de energia (temperatura de junção = temperatura ambiente máxima + [resistência térmica × Dissipação de energia]). De acordo com esta fórmula, pode-se resolver o consumo máximo de energia do sistema, que é definido como igual a I2× RDS(ON)。 Calculamos o RDS(ON) em diferentes temperaturas de acordo com a corrente máxima do dispositivo. Além disso, a dissipação de calor da placa de circuito e de seu tubo MOS também deve ser bem feita.
Avalanche significa que a tensão reversa no dispositivo semicondutor excede o valor máximo, formando um forte campo elétrico e aumentando a corrente no dispositivo. O aumento do tamanho do chip aumentará a resistência a avalanches e, finalmente, melhorará a robustez do dispositivo. Portanto, escolher um pacote maior pode prevenir eficazmente a avalanche.
4. A última etapa na seleção do transistor MOS é determinar o desempenho de comutação do transistor MOS.
Existem muitos parâmetros que afetam o desempenho da chave, mas os mais importantes são capacitância porta/dreno, porta/fonte e capacitância dreno/fonte. Essas capacitâncias levarão à perda de comutação do dispositivo, pois ele precisa ser carregado toda vez que for comutado. Portanto, a velocidade de comutação do transistor semicondutor de óxido metálico diminui e a eficiência do dispositivo também diminui. Para calcular a perda total do dispositivo durante a comutação, devem ser calculadas a perda durante a comutação (Eon) e a perda durante a comutação (Eoff). A potência total do MOSFET pode ser expressa pela seguinte fórmula: Psw= (Eon+Eoff)× Freqüência de comutação. A carga do portão (Qgd) tem a maior influência no desempenho da comutação.
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