نقاط اختيار MOSFET

اختيارموسفيتمهم جدًا، قد يؤثر الاختيار السيئ على استخدام الطاقة للدائرة بأكملها، وإتقان الفروق الدقيقة بين مكونات MOSFET المختلفة والمعلمات في دوائر التبديل المختلفة يمكن أن يساعد المهندسين على تجنب الكثير من المشكلات، وفيما يلي بعض توصيات Guanhua Weiye لاختيار MOSFETs.

 

أولاً، قناة P وقناة N

الخطوة الأولى هي تحديد استخدام MOSFETs ذات القناة N أو P-channel. في تطبيقات الطاقة، عندما يكون MOSFET أرضيًا، ويتم توصيل الحمل بجهد الجذع، فإنموسفيتيشكل مفتاحًا جانبيًا منخفض الجهد. في التبديل الجانبي ذو الجهد المنخفض، يتم استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) ذات القناة N بشكل عام، وهو ما يؤخذ في الاعتبار الجهد المطلوب لإيقاف تشغيل الجهاز أو تشغيله. عندما يتم توصيل MOSFET بالحافلة وأرض التحميل، يتم استخدام مفتاح جانبي عالي الجهد. عادةً ما يتم استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) ذات القناة P، نظرًا لاعتبارات محرك الجهد. لاختيار المكونات المناسبة للتطبيق، من المهم تحديد الجهد المطلوب لتشغيل الجهاز ومدى سهولة تنفيذه في التصميم. والخطوة التالية هي تحديد معدل الجهد المطلوب، أو الحد الأقصى للجهد الذي يمكن أن يحمله المكون. كلما ارتفع تصنيف الجهد، ارتفعت تكلفة الجهاز. في الممارسة العملية، يجب أن يكون تصنيف الجهد أكبر من جهد الجذع أو الحافلة. سيوفر هذا حماية كافية حتى لا يفشل MOSFET. لاختيار MOSFET، من المهم تحديد الحد الأقصى للجهد الذي يمكن أن يتحمله من المصرف إلى المصدر، أي الحد الأقصى للجهد VDS، لذلك من المهم معرفة أن الحد الأقصى للجهد الذي يمكن أن يتحمله MOSFET يختلف باختلاف درجة الحرارة. يحتاج المصممون إلى اختبار نطاق الجهد على نطاق درجة حرارة التشغيل بالكامل. يجب أن يكون للجهد المقنن هامش كافٍ لتغطية هذا النطاق لضمان عدم فشل الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، هناك عوامل أمان أخرى يجب أخذها بعين الاعتبار عابرة الجهد المستحث.

 

ثانيا، تحديد التصنيف الحالي

يعتمد التصنيف الحالي لـ MOSFET على هيكل الدائرة. التصنيف الحالي هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتحمله الحمل في جميع الظروف. على غرار حالة الجهد الكهربي، يحتاج المصمم إلى التأكد من أن MOSFET المحدد قادر على حمل هذا التيار المقنن، حتى عندما يولد النظام تيارًا مرتفعًا. السيناريوهان الحاليان اللذان يجب مراعاتهما هما الوضع المستمر وارتفاع النبض. يكون MOSFET في حالة مستقرة في وضع التوصيل المستمر، عندما يمر التيار بشكل مستمر عبر الجهاز. تشير ارتفاعات النبض إلى عدد كبير من الزيادات المفاجئة (أو طفرات التيار) التي تتدفق عبر الجهاز، وفي هذه الحالة، بمجرد تحديد الحد الأقصى للتيار، يكون الأمر ببساطة مسألة اختيار مباشر لجهاز يمكنه تحمل هذا الحد الأقصى للتيار.

 

بعد اختيار التيار المقنن، يتم أيضًا حساب فقدان التوصيل. في حالات محددة،موسفيتليست مكونات مثالية بسبب الخسائر الكهربائية التي تحدث أثناء عملية التوصيل، والتي تسمى خسائر التوصيل. عند "التشغيل"، يعمل MOSFET كمقاوم متغير، والذي يتم تحديده بواسطة RDS(ON) للجهاز ويتغير بشكل ملحوظ مع درجة الحرارة. يمكن حساب فقدان الطاقة للجهاز من خلال Iload2 x RDS(ON)، وبما أن مقاومة التشغيل تختلف باختلاف درجة الحرارة، فإن فقدان الطاقة يختلف بشكل متناسب. كلما ارتفع جهد VGS المطبق على MOSFET، انخفض RDS(ON)؛ على العكس من ذلك، كلما ارتفع RDS (ON). بالنسبة لمصمم النظام، هذا هو المكان الذي تلعب فيه المفاضلات اعتمادًا على جهد النظام. بالنسبة للتصميمات المحمولة، تكون الفولتية المنخفضة أسهل (وأكثر شيوعًا)، بينما بالنسبة للتصميمات الصناعية، يمكن استخدام الفولتية الأعلى. لاحظ أن مقاومة RDS (ON) ترتفع قليلاً مع التيار.

 

 

للتكنولوجيا تأثير هائل على خصائص المكونات، وتميل بعض التقنيات إلى زيادة RDS(ON) عند زيادة الحد الأقصى لـ VDS. بالنسبة لمثل هذه التقنيات، يلزم زيادة حجم الرقاقة إذا تم تخفيض VDS وRDS(ON)، وبالتالي زيادة حجم الحزمة المصاحبة لها وتكلفة التطوير المقابلة. هناك عدد من التقنيات في الصناعة التي تحاول التحكم في الزيادة في حجم الرقاقة، وأهمها تقنيات الخنادق وتوازن الشحنة. في تقنية الخنادق، يتم دمج خندق عميق في الرقاقة، وعادةً ما يكون مخصصًا للجهود المنخفضة، لتقليل مقاومة RDS(ON).

 

ثالثا. تحديد متطلبات تبديد الحرارة

والخطوة التالية هي حساب المتطلبات الحرارية للنظام. هناك سيناريوهان مختلفان يجب أخذهما في الاعتبار، أسوأ الحالات والحالة الحقيقية. توصي TPV بحساب النتائج للسيناريو الأسوأ، حيث يوفر هذا الحساب هامشًا أكبر من الأمان ويضمن عدم فشل النظام.

 

رابعا. تبديل الأداء

وأخيرا، أداء التبديل من MOSFET. هناك العديد من المعلمات التي تؤثر على أداء التبديل، وأهمها البوابة/المصرف، البوابة/المصدر، وسعة الصرف/المصدر. تشكل هذه السعات خسائر تبديل في المكون بسبب الحاجة إلى شحنها في كل مرة يتم فيها تبديلها. ونتيجة لذلك، تنخفض سرعة تبديل MOSFET وتقل كفاءة الجهاز. من أجل حساب إجمالي الخسائر في الجهاز أثناء التبديل، يحتاج المصمم إلى حساب الخسائر أثناء التشغيل (Eon) والخسائر أثناء إيقاف التشغيل (Eoff). ويمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة التالية: Psw = (Eon + Eoff) x تردد التبديل. وشحنة البوابة (Qgd) لها التأثير الأكبر على أداء التحويل.