1. Introduktion

MOSFETs kommer i fire forskellige typer. De kan være forøgelse eller depletion mode, og de kan være n-kanal eller p-kanal. Vi er kun interesseret i enhancement mode MOSFETs n-kanal, og disse vil være de eneste, talt om fra nu af. Der er også logisk niveau MOSFETs og normale MOSFETs. Vi kan bruge begge typer.

Kilden terminal er normalt negativ, og drænet er den positive (de navne henviser til kilden og drænet af elektroner). Diagrammet ovenfor viser en diode tilsluttet hele MOSFET. Denne diode kaldes "iboende diode", fordi det er indbygget i silicium struktur af MOSFET. Det er en følge af den måde MOSFETs er skabt i lagene af silicium, og kan være meget nyttig. I de fleste MOSFET arkitekturer, er det vurderet ved den samme strøm som selve MOSFET.

2. Valg af en MOSFET.

For at undersøge parametrene for MOSFETs, er det nyttigt at have en prøve datablad til hånd. Klik link. at åbne et datablad for International Rectifier IRF3205, som vi vil henvise til. Først skal vi gå igennem nogle af de vigtigste parametre, som vi vil beskæftige sig med.

2.1. MOSFET parametre

På modstand, R_{ds (on).}
Dette er modstanden mellem kilde- og drain terminaler når MOSFET er drejet helt på.

Maksimal afløbsstrøm, I_{d (max).}
Dette er den maksimale strøm, MOSFET kan stå passerer fra afløbet til kilden. Det er i høj grad bestemt af pakken og RDS (on).

Strømforsyning, P_d.
Dette er den maksimale effekt område på MOSFET, der afhænger i høj grad af, hvilken type pakke det er i.

Lineær reduktionsfaktor.
Dette er, hvor meget den maksimale effekttab parameter ovenfor skal reduceres med pr ºC, da temperaturen stiger til over 25ºC.

Lavineenergi E_A
Dette er, hvor meget energi MOSFET kan modstå under lavine betingelser. Avalanche opstår, når den maksimale drain-to-source spænding overskrides, og strøm siv gennem MOSFET. Dette betyder ikke forårsage permanent skade, så længe den energi (strøm x tid) i lavine ikke overstiger det maksimale.

Peak diode opsving, dv / dt
Dette er, hvor hurtigt den indre diode kan gå fra slukket tilstand (omvendt forudindtaget) til om tilstand (ledende). Det afhænger af, hvor meget spænding var på det før det tændt. Derfor den tid, t = (reverse spænding / peak diode recovery).

Dnedbrydningsspænding fra regn til kilde, V_DSS.
Dette er den maksimale spænding, der kan placeres fra afløbet til kilden, når MOSFET er slukket.

Termisk modstand, θ_jc.
For mere information om termisk modstand, se kapitlet om heatsinks.

Gate Threshold Voltage, V_{GS (th)}
Dette er den minimale spænding der kræves mellem gate og source terminalerne for at tænde MOSFET på. Det får brug for mere end dette for at tænde den fuldt ud om.

Fremad transconductance, g_fs
Som gate-source spænding øges, når MOSFET er lige begyndt at tænde, det har en temmelig lineært forhold mellem Vgs og drain strøm. Denne parameter er simpelthen (Id / Vgs) i denne lineære sektion.

Indgangskapacitans, C_iss
Dette er den klumpet kapacitans mellem gate terminal og kilden og drain terminaler. Den kapacitans til drænet er den vigtigste.

Der er en mere detaljeret introduktion til MOSFETs i International Rectifier Acrobat (PDF) dokument Power MOSFET Basics. Dette forklarer, hvor nogle af parametrene kommer fra med hensyn til konstruktionen af MOSFET.

2.2. Gøre valg

Power og varme

Den effekt, som MOSFET bliver nødt til at kæmpe med, er en af de vigtigste afgørende faktorer. Den effekt spredes i en MOSFET er spændingen over den gange det nuværende gå igennem det. Selvom det er at skifte store mængder strøm, bør dette være forholdsvis lille, fordi enten spændingen over det er meget lille (kontakten er lukket - MOSFET er tændt), eller den nuværende går gennem det er meget lille (kontakten er åben - MOSFET er slukket). Spændingen over MOSFET når det er på vil være modstand af MOSFET, RDS (on) gange den nuværende går grundig det. Denne modstand, RDSon, for gode power MOSFETs vil være mindre end 0.02 ohm. Så magten spredes i MOSFET er:

For en strøm på 40 ampere, RDSon af 0.02 Ohms, denne magt er 32 Watts. Uden en heatsink, ville MOSFET brænde ud sprede denne meget magt. At vælge en heatsink er et emne i sig selv, hvorfor der er et kapitel om det: heatsinks.

On-modstanden er ikke den eneste årsag til effekttab i MOSFET. En anden kilde opstår, når MOSFET skifter mellem stater. For en kort periode, MOSFET er halvdelen på og halvt ude. Under anvendelse af samme eksempel tallene som ovenfor kan strømmen være på halv værdi, 20 ampere, og spændingen kan være på halv værdi, 6 volt samtidigt. Nu magten spredes er 20 × 6 = 120 Watts. Imidlertid er MOSFET kun sprede dette i den korte tidsperiode, MOSFET skifter mellem stater. Den gennemsnitlige effekttab forårsaget af dette er derfor meget mindre, og afhænger af de relative tider, at MOSFET skifter og ikke skifter. Den gennemsnitlige dissipation er givet ved ligningen:

2.3. Eksempel:

Problem En MOSFET er tændt på 20kHz, og tager 1 mikrosekund for at skifte mellem tilstande (på off og off til på). Forsyningsspændingen er 12v og den nuværende 40 ampere. Beregn den gennemsnitlige switching effekttab, forudsat at spænding og strøm er på halv værdier under skift periode.

Opløsning: Ved 20kHz, der er en MOSFET skifte forekomst hver 25 mikrosekunder (en kontakt på hver 50 mikrosekunder, og en switch off hver 50 mikrosekunder). Derfor er forholdet mellem koblingstid til den samlede tid er 1 / 25 = 0.04. Den effekttab ved skift er (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Derfor den gennemsnitlige skift tab er 120W x 0.04 = 4.8 Watts.

Enhver effekttab over ca. 1 Watt kræver, at MOSFET er monteret på en køleplade. MOSFETs kommer i en række forskellige pakker, men normalt har en metal flig, som placeres mod kølelegemet, og bruges til at lede varme væk fra MOSFET halvleder.

Den effekt håndtering af pakken uden ekstra heatsink er meget lille. På nogle MOSFETs, er fanen metal forbundet internt til en af MOSFETs terminaler - som regel i afløbet. Dette er en ulempe, da det betyder, at du ikke kan passe mere end en MOSFET til en heatsink uden elektrisk isolere MOSFET pakke fra metal heatsink. Dette kan gøres med tynde glimmer ark placeret mellem pakken og kølelegemet. Nogle MOSFETs har pakken isoleret fra terminalerne, hvilket er bedre. I slutningen af dagen vil sandsynligvis være baseret i pris men din beslutning!

2.3.1. Drain strøm

MOSFETs er generelt annonceret af deres maksimale drain strøm. Den reklame bagsidetekst, og listen funktioner på forsiden af dataarket kan citere en kontinuerlig drain strøm, Id, af 70 ampere, og impuls drain strøm på 350 ampere. Du skal være meget forsigtig med disse tal. De er ikke de generelle gennemsnitsværdier, men den maksimale MOSFET vil bære under de bedst mulige forhold. For det første er de normalt citeret til brug ved en pakke temperatur på 25 ºC. Det er højst usandsynligt, når du passerer 70 ampere, at sagen stadig vil være på 25ºC! I databladet bør der være en graf over, hvordan dette tal skal nedsættes med stigende temperatur.

Den pulserede drain strøm altid citeret under koblingsforhold med aktiveringstider i meget små skriftligt nederst på siden! Dette kan være en maksimal puls bredde på et par hundrede mikrosekunder, og en arbejdscyklus (procentdel af tiden ON til OFF) på kun 2%, hvilket ikke er meget praktisk. For mere information om de aktuelle ratings af MOSFETs, har et kig på denne International Rectifier dokument.

Hvis du ikke kan finde en enkelt MOSFET med en høj nok maksimal drain strøm, så kan du tilslutte mere end ét parallelt. Se senere for information om, hvordan du gør dette.

2.3.2. Fart

Du vil bruge MOSFET i en tændt tilstand for at styre hastigheden af motorerne. Som vi så tidligere, jo længere, at MOSFET er i den stat, hvor det hverken er på eller fra, jo mere strøm det vil fjerne. Nogle MOSFETs er hurtigere end andre. De fleste moderne dem vil nemt være hurtig nok til at skifte på tocifrede kHz, da dette er næsten altid, hvordan de bruges. På side 2 af databladet, bør du se parametrene Turn-On forsinkelsestid, Rise Time, Turn-Off forsinkelsestid og Fall Time. Hvis disse er alle tilføjet op, vil det give dig den omtrentlige minimum firkantet bølge periode, der kunne bruges til at skifte denne MOSFET: 229ns. Dette svarer til en frekvens på 4.3MHz. Bemærk, at det ville få meget varmt men fordi det ville tilbringe meget af sin tid i skift i løbet af staten.

3. Et design eksempel

For at få en ide om, hvordan man bruger parametrene og graferne i dataarket, vil vi gå gennem et design eksempel:
Problem: En fuld bro hastighedsregulatoren kredsløb er konstrueret til at styre en 12v motor. Frekvensen skift skal være over det hørbare grænse (20kHz). Motoren har en samlet modstand på 0.12 ohm. Vælg egnede MOSFETs for broen kredsløb, inden for en rimelig prisgrænse, og foreslå eventuelle heatsinking der kan være påkrævet. Den omgivende temperatur antages at være 25ºC.

Opløsning: Lets have et kig på IRF3205 og se, om det er egnet. Først afløbet nuværende krav. På stall, vil motoren tage 12v / 0.12 Ohms = 100 ampere. Vi vil først lave et gæt på krydset temperatur på 125ºC Vi skal finde, hvad den maksimale afløb strøm er på 125ºC først. Grafen i figur 9 viser os, at på 125ºC, den maksimale drain nuværende er omkring 65 ampere. Derfor 2 IRF3205s parallelt skal være i stand i denne henseende.

Hvor meget magt vil de to parallelle MOSFETs være utrættende? Lad os starte med effekttab mens ON og motoren i stå, eller lige er startet. Det er de aktuelle kvadrerede gange on-modstanden. Hvad er RDS (on) på 125ºC? Figur 4 viser, hvordan det er er nedsat fra sin front-side værdien af 0.008 Ohm, med en faktor på omkring 1.6. Derfor antager vi RDS (on) vil være 0.008 x 1.6 = 0.0128. Derfor PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Hvor meget af tiden vil motoren blive enten gået i stå eller starte? Det er umuligt at sige, så vi bliver nødt til at gætte. 20% af tiden er en ganske konservativt tal - det er sandsynligvis meget mindre. Da strømmen forårsager varmen, og varmeledningen er en ganske langsom proces, virkningen af effekttab tendens til at få gennemsnit over ganske lange tidsperioder, i regionen sekunder. Derfor kan vi reducer kravet magt med den citerede 20%, at nå frem til en gennemsnitlig effekttab af 32W x 20% = 6.4W.

Nu må vi tilføje magten spredes på grund af skift. Dette vil ske i løbet af stiger og falder gange, hvilket er citeret i Elektriske data tabel som 100ns og 70ns hhv. Antages MOSFET føreren kan levere nok strøm til at opfylde kravene i disse tal (gate drive kilde modstand 2.5 ohm = pulsudgang drev strøm på 12v / 2.5 ohm = 4.8 ampere), så forholdet mellem at skifte tid til steady-state tid er 170ns * 20kHz = 3.4mW som er negligable. Disse on-off tider er lidt rå men for mere information om on-off tider, se her.

Nu, hvad er de skifte krav? MOSFET driver Skibet vi bruger, vil klare de fleste af disse, men sit værd kontrol. Turn-on spænding, Vgs (th), fra graferne i figur 3 er lidt over 5 volt. Vi har allerede set, at føreren skal kunne købe 4.8 Ampere for en meget kort periode.

Nu hvad med heatsink. Du ønsker måske at læse kapitlet om heatsinks før dette afsnit. Vi ønsker at holde temperaturen for halvleder krydset nedenfor 125ºC, og vi har fået at vide, at den omgivende temperatur er 25ºC. Derfor, med en MOSFET sprede 6.4W gennemsnit, må den samlede termiske modstand være mindre end (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. Den termiske modstand fra krydset til sag gør op for 0.75 ºC / W af denne, typisk sag heatsink værdier (ved hjælp af termisk sammensatte) er 0.2 ºC / W, der efterlader 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W for selve heatsink. Heatsinks af denne θjc værdi er helt små og billige. Bemærk, at den samme heatsink kan anvendes til begge MOSFETs til venstre eller til højre for belastning i H- bro, da disse to MOSFETs er aldrig begge på samme tid, og så kan aldrig begge utrættende effekt ved den samme tid. De tilfælde af dem skal være dog elektrisk isoleret. Se heatsinks side for mere information om den nødvendige elektriske isolation.

4. MOSFET drivere

For at slå en effekt MOSFET på, skal porten terminal indstilles til en spænding på mindst 10 volt større end kilden terminal (ca. 4 volt for logisk niveau MOSFETs). Dette er pænt over Vgs (th) parameter.

Et træk ved MOSFETs er, at de har en stor snyltekapacitet mellem gate og de øvrige terminaler, Ciss. Virkningen af dette er, at når pulsen til gaten terminal ankommer, skal det først oplade denne kapacitans op før porten spænding kan nå 10 volt påkrævet. Gateterminalen derefter effektivt tager strøm. Derfor kredsløb, der driver porten terminal skal være i stand til at levere en rimelig strøm, så den snyltekapacitet kan oplades op så hurtigt som muligt. Den bedste måde at gøre dette på er at bruge en dedikeret MOSFET driver chip.

Der er en masse MOSFET driver chips tilgængelige fra flere selskaber. Nogle er vist med links til databladene i nedenstående tabel. Nogle kræver MOSFET kilde terminal forbundet til jord (for de lavere 2 MOSFETs i en fuld bro eller blot en simpel omskifterkredsløb). Nogle kan køre en MOSFET med kilden ved en højere spænding. Disse har en on-chip ladningspumpe, hvilket betyder, at de kan generere 22 volt kræves for at dreje den øverste MOSFET i en fuld brifge på. Den TDA340 selv styrer swicthing sekvens for dig. Nogle kan levere så meget som 6 ampere strøm som en meget kort impuls at oplade op spredningskapaciteten gate kapacitans.

For mere information om MOSFETs og hvordan at drive dem, International Rectifier har et sæt tekniske papirer på deres HEXFET rækkevidde her.

Ofte vil du se en lav værdi modstand mellem MOSFET driver og MOSFET gate terminal. Dette er for at dæmpe ned nogen ringende svingninger forårsaget af den ledende induktans og gate kapacitans, som ellers kan overskride den maksimale spænding tilladt på porten terminal. Det også bremser den hastighed, hvormed MOSFET tændes og slukkes. Dette kan være nyttigt, hvis de iboende dioder i MOSFET ikke tænder hurtigt nok. Flere detaljer om dette kan findes i de International Rectifier tekniske dokumenter.

5. parallelt MOSFETs

MOSFETs kan placeres parallelt at forbedre den nuværende håndtering kapacitet. Du skal blot slutte sig til Gate, Kilde og Drain terminaler sammen. Ethvert antal MOSFETs kan parallelt op, men bemærk, at porten kapacitans tilføjer op som du parallelt flere MOSFETs, og i sidste ende MOSFET driver vil ikke være i stand til at drive dem. Bemærk, at du ikke kan parallel bipolære transistorer som denne. Årsagerne hertil diskuteres i et teknisk dokument her.

forrige:Hvad er en MOSFET, hvad betyder det se ud, og hvordan fungerer det?

Næste:FMUSER X01 FM Transmitter Bringer Radio til krigshærgede områder

Læg en besked

Message List

Kommentarer Loading ...