حزمة MOSFET تبديل اختيار الأنبوب ومخططات الدائرة

الخطوة الأولى هي اختيارالدوائر المتكاملة منخفضة المقاومةوالتي تأتي في نوعين رئيسيين: قناة N وقناة P. في أنظمة الطاقة، يمكن اعتبار الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة كمفاتيح كهربائية. عند إضافة جهد موجب بين البوابة ومصدر MOSFET ذو القناة N، فإن مفتاحه يوصل. أثناء التوصيل، يمكن أن يتدفق التيار عبر المفتاح من المصرف إلى المصدر. توجد مقاومة داخلية بين المصرف والمصدر تسمى مقاومة RDS(ON). يجب أن يكون واضحًا أن بوابة MOSFET عبارة عن طرف ذو مقاومة عالية، لذلك يتم دائمًا إضافة جهد إلى البوابة. هذه هي مقاومة الأرض التي تتصل بها البوابة في مخطط الدائرة المعروض لاحقًا. إذا تركت البوابة متدلية، فلن يعمل الجهاز كما هو مصمم وقد يتم تشغيله أو إيقاف تشغيله في لحظات غير مناسبة، مما يؤدي إلى فقدان محتمل للطاقة في النظام. عندما يكون الجهد بين المصدر والبوابة صفرًا، ينطفئ المفتاح ويتوقف التيار عن التدفق عبر الجهاز. على الرغم من إيقاف تشغيل الجهاز في هذه المرحلة، إلا أنه لا يزال هناك تيار صغير موجود، وهو ما يسمى بتيار التسرب، أو IDSS.

الخطوة 1: اختر قناة N أو قناة P

الخطوة الأولى في اختيار الجهاز الصحيح للتصميم هي تحديد ما إذا كنت تريد استخدام MOSFET ذو قناة N أو قناة P. في تطبيق الطاقة النموذجي، عندما يتم تأريض MOSFET ويتم توصيل الحمل بجهد الجذع، فإن MOSFET يشكل المفتاح الجانبي ذو الجهد المنخفض. في المفتاح الجانبي ذو الجهد المنخفض، توجد قناة Nموسفيتيجب استخدامه مع مراعاة الجهد المطلوب لإيقاف تشغيل الجهاز أو تشغيله. عندما يتم توصيل MOSFET بالحافلة ويتم تأريض الحمل، يجب استخدام المفتاح الجانبي عالي الجهد. عادةً ما يتم استخدام P-channel MOSFET في هذه الهيكلية، مرة أخرى لاعتبارات محرك الجهد.

الخطوة 2: تحديد التصنيف الحالي

الخطوة الثانية هي تحديد التصنيف الحالي لـ MOSFET. اعتمادًا على بنية الدائرة، يجب أن يكون تصنيف التيار هذا هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتحمله الحمل في جميع الظروف. كما هو الحال في حالة الجهد الكهربي، يجب على المصمم التأكد من أن MOSFET المحدد يمكنه تحمل هذا التصنيف الحالي، حتى عندما يقوم النظام بتوليد تيارات متصاعدة. الحالتان الحاليتان اللتان تم النظر فيهما هما الوضع المستمر ونبض النبض. تعتمد هذه المعلمة على ورقة بيانات أنبوب FDN304P كمرجع وتظهر المعلمات في الشكل:

في وضع التوصيل المستمر، يكون MOSFET في حالة مستقرة، عندما يتدفق التيار بشكل مستمر عبر الجهاز. تحدث طفرات النبض عندما يكون هناك قدر كبير من التدفق (أو التيار المتصاعد) يتدفق عبر الجهاز. بمجرد تحديد الحد الأقصى للتيار في ظل هذه الظروف، يصبح الأمر ببساطة مسألة اختيار جهاز يمكنه تحمل هذا التيار الأقصى بشكل مباشر.

بعد تحديد التصنيف الحالي، يجب عليك أيضًا حساب فقدان التوصيل. في الممارسة العملية،موسفيتليس الجهاز المثالي، لأنه في عملية التوصيل سيكون هناك فقدان للطاقة، وهو ما يسمى فقدان التوصيل. MOSFET في "على" مثل المقاومة المتغيرة، التي يحددها الجهاز RDS (ON)، ومع درجة الحرارة والتغيرات الكبيرة. يمكن حساب تبديد الطاقة للجهاز من خلال Iload2 x RDS(ON)، وبما أن مقاومة التشغيل تختلف مع درجة الحرارة، فإن تبديد الطاقة يختلف بشكل متناسب. كلما ارتفع جهد VGS المطبق على MOSFET، كلما كان RDS(ON) أصغر؛ على العكس من ذلك، سيكون ارتفاع RDS (ON). بالنسبة لمصمم النظام، هذا هو المكان الذي تلعب فيه المفاضلات اعتمادًا على جهد النظام. بالنسبة للتصميمات المحمولة، من الأسهل (والأكثر شيوعًا) استخدام الفولتية المنخفضة، بينما بالنسبة للتصميمات الصناعية، يمكن استخدام الفولتية الأعلى. لاحظ أن مقاومة RDS (ON) ترتفع قليلاً مع التيار. يمكن العثور على الاختلافات في المعلمات الكهربائية المختلفة لمقاوم RDS(ON) في ورقة البيانات الفنية المقدمة من قبل الشركة المصنعة.

الخطوة 3: تحديد المتطلبات الحرارية

الخطوة التالية في اختيار MOSFET هي حساب المتطلبات الحرارية للنظام. يجب على المصمم أن يأخذ في الاعتبار سيناريوهين مختلفين، الحالة الأسوأ والحالة الحقيقية. يوصى بحساب السيناريو الأسوأ لأن هذه النتيجة توفر هامش أمان أكبر وتضمن عدم فشل النظام. هناك أيضًا بعض القياسات التي يجب أن تكون على دراية بها في ورقة بيانات MOSFET؛ مثل المقاومة الحرارية بين تقاطع أشباه الموصلات للجهاز المعبأ والبيئة، ودرجة حرارة الوصلة القصوى.

درجة حرارة الوصلة للجهاز تساوي الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة بالإضافة إلى ناتج المقاومة الحرارية وتبديد الطاقة (درجة حرارة الوصلة = درجة الحرارة المحيطة القصوى + [المقاومة الحرارية × تبديد الطاقة]). من هذه المعادلة يمكن حل الحد الأقصى لتبديد الطاقة للنظام، وهو حسب التعريف يساوي I2 x RDS(ON). وبما أن الموظفين قد حددوا الحد الأقصى للتيار الذي سيمر عبر الجهاز، فيمكن حساب RDS(ON) لدرجات حرارة مختلفة. من المهم ملاحظة أنه عند التعامل مع النماذج الحرارية البسيطة، يجب على المصمم أيضًا أن يأخذ في الاعتبار السعة الحرارية لحالة الوصلة/الجهاز لأشباه الموصلات والحالة/البيئة؛ على سبيل المثال، من الضروري عدم تسخين لوحة الدوائر المطبوعة والحزمة على الفور.

عادة، PMOSFET، سيكون هناك صمام ثنائي طفيلي موجود، وظيفة الصمام الثنائي هي منع الاتصال العكسي لاستنزاف المصدر، بالنسبة لـ PMOS، الميزة على NMOS هي أن جهد التشغيل الخاص به يمكن أن يكون 0، وفرق الجهد بين الجهد جهد DS ليس كثيرًا، في حين أن NMOS في الحالة يتطلب أن يكون VGS أكبر من العتبة، مما سيؤدي إلى أن جهد التحكم أكبر حتمًا من الجهد المطلوب، وستكون هناك مشكلة غير ضرورية. تم اختيار PMOS كمفتاح تحكم للتطبيقين التاليين:

درجة حرارة الوصلة للجهاز تساوي الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة بالإضافة إلى ناتج المقاومة الحرارية وتبديد الطاقة (درجة حرارة الوصلة = درجة الحرارة المحيطة القصوى + [المقاومة الحرارية × تبديد الطاقة]). من هذه المعادلة يمكن حل الحد الأقصى لتبديد الطاقة للنظام، وهو حسب التعريف يساوي I2 x RDS(ON). وبما أن المصمم قد حدد الحد الأقصى للتيار الذي سيمر عبر الجهاز، فيمكن حساب RDS(ON) لدرجات حرارة مختلفة. من المهم ملاحظة أنه عند التعامل مع النماذج الحرارية البسيطة، يجب على المصمم أيضًا أن يأخذ في الاعتبار السعة الحرارية لحالة الوصلة/الجهاز لأشباه الموصلات والحالة/البيئة؛ على سبيل المثال، من الضروري عدم تسخين لوحة الدوائر المطبوعة والحزمة على الفور.

عادة، PMOSFET، سيكون هناك صمام ثنائي طفيلي موجود، وظيفة الصمام الثنائي هي منع الاتصال العكسي لاستنزاف المصدر، بالنسبة لـ PMOS، الميزة على NMOS هي أن جهد التشغيل الخاص به يمكن أن يكون 0، وفرق الجهد بين الجهد جهد DS ليس كثيرًا، في حين أن NMOS في الحالة يتطلب أن يكون VGS أكبر من العتبة، مما سيؤدي إلى أن جهد التحكم أكبر حتمًا من الجهد المطلوب، وستكون هناك مشكلة غير ضرورية. تم اختيار PMOS كمفتاح تحكم للتطبيقين التاليين:

بالنظر إلى هذه الدائرة، تتحكم إشارة التحكم PGC في ما إذا كان V4.2 يزود P_GPRS بالطاقة أم لا. هذه الدائرة، محطات المصدر والصرف غير متصلة بالعكس، R110 و R113 موجودان بمعنى أن تيار بوابة التحكم R110 ليس كبيرًا جدًا، R113 يتحكم في البوابة العادية، R113 سحب لأعلى، كما هو الحال في PMOS ، ولكن يمكن أيضًا اعتبارها بمثابة سحب لأعلى على إشارة التحكم، عندما تكون دبابيس MCU الداخلية وسحب لأعلى، أي إخراج الصرف المفتوح عندما يكون الإخراج مفتوحًا، ويمكن لا تقم بإيقاف تشغيل PMOS، في هذا الوقت، من الضروري سحب الجهد الخارجي، لذلك يلعب المقاوم R113 دورين. وسوف تحتاج إلى جهد خارجي لإعطاء السحب، لذلك يلعب المقاوم R113 دورين. يمكن أن يكون r110 أصغر، إلى 100 أوم أيضًا.