如何正確選擇mosfet場(chǎng)效應(yīng)管

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2022-03-17 09:24:06 1

如何正確選擇mosfet 場(chǎng)效應(yīng)管

??場(chǎng)效應(yīng)晶體管廣泛應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路，與我們的生活息息相關(guān)。場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)是：*，驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。場(chǎng)效應(yīng)管所需的驅(qū)動(dòng)電流比BJT的小得多，通常可以直接由CMOS或開(kāi)路集電極TTL電路驅(qū)動(dòng)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開(kāi)關(guān)速度相對(duì)較快，由于沒(méi)有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，可以以更高的速度工作。此外，場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有二次擊穿失效機(jī)制，在較高溫度下的耐久性更強(qiáng)，熱擊穿的可能性更低，在更寬的溫度范圍內(nèi)也能提供更好的性能。場(chǎng)效應(yīng)已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)產(chǎn)品、機(jī)電設(shè)備、智能手機(jī)等便攜式數(shù)字電子產(chǎn)品。

??近年來(lái)，隨著汽車、通信、能源、消費(fèi)、綠色工業(yè)等行業(yè)廣泛使用場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)品，近年來(lái)發(fā)展迅速。功率場(chǎng)效應(yīng)管備受關(guān)注。在未來(lái)，場(chǎng)效應(yīng)管仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。場(chǎng)效應(yīng)晶體管仍將是許多剛進(jìn)入該領(lǐng)域的工程師會(huì)接觸到的器件。接下來(lái)，微碧半導(dǎo)體將從基礎(chǔ)上討論場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一些基本知識(shí)，包括關(guān)鍵常數(shù)的選擇、介紹、系統(tǒng)和散熱考慮等。

??一、場(chǎng)效應(yīng)管的基本選擇

??FET有兩種：N型溝道和P型溝道*步是決定用N型溝道還是P型溝道MOS晶體管。在典型的電源應(yīng)用中，當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管接地并且負(fù)載連接到電源電壓時(shí)，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管被配置為低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。在低壓側(cè)開(kāi)關(guān)中，考慮到關(guān)斷或接通器件所需的電壓，應(yīng)使用N-溝道MOS晶體管。當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管連接到總線并且負(fù)載接地時(shí)，它應(yīng)該在高壓側(cè)接通和斷開(kāi)。這種拓?fù)渫ǔ２捎肞-溝道MOS晶體管，也是出于電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。

??確定所需的額定電壓或設(shè)備能夠承受的最大電壓。額定電壓越高，器件成本越高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，額定電壓應(yīng)大于電源電壓或總線電壓。這樣，可以提供足夠的保護(hù)以防止 MOS管失效。就選擇金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管而言，有必要確定漏極和源極之間可能的最大電壓，即最大VDS。知道 MOS管能承受的最大電壓會(huì)隨溫度變化是非常重要的。我們必須在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)測(cè)試電壓范圍。額定電壓必須有足夠的裕量來(lái)覆蓋這個(gè)變化范圍，以確保電路不會(huì)出現(xiàn)故障。其他需要考慮的安全因素包括開(kāi)關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)引起的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也不同；一般便攜式設(shè)備為20V，F(xiàn)PGA電源為20 ~ 30 V，85 ~ 220 VAC應(yīng)用為450 ~ 600 V，起亞半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的MOS管耐壓強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣，深受客戶青睞。
二、確定 MOS管的額定電流

??額定電流應(yīng)該是負(fù)載在任何情況下都能承受的最大電流。與電壓情況類似，即使系統(tǒng)產(chǎn)生峰值電流，也要確保所選的MOS晶體管能夠承受此額定電流。考慮的兩種電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管處于穩(wěn)定狀態(tài)，電流持續(xù)流過(guò)器件。脈沖尖峰是指流經(jīng)器件的大量浪涌(或尖峰)。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能夠承受該最大電流的器件。

??選擇額定電流后，還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗。實(shí)際上，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管并不是理想的器件，因?yàn)樵趯?dǎo)電過(guò)程中會(huì)有功率損耗，這就是所謂的導(dǎo)通損耗。MOS晶體管就像“導(dǎo)通”中的可變電阻，由器件的RDS(ON)決定，隨溫度變化顯著。器件的功耗可以通過(guò)Iload2×RDS(ON)計(jì)算。由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，功率損耗也會(huì)成比例變化。對(duì)MOS管施加的電壓VGS越高，RDS(ON)就會(huì)越小；反之RDS(ON)就會(huì)越高。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升。關(guān)于無(wú)線電數(shù)據(jù)系統(tǒng)(接通)電阻的各種電氣和氣動(dòng)參數(shù)的變化可在制造商提供的技術(shù)數(shù)據(jù)表中找到。

??三、選擇 MOS管的下一步是系統(tǒng)的散熱要求。

??必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供了更大的安全裕度，可以保證系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)故障。MOS管數(shù)據(jù)表中還有一些測(cè)量數(shù)據(jù)需要注意；器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻和功耗的乘積(結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+［熱阻×功率耗散］)。根據(jù)這個(gè)公式，可以求解出系統(tǒng)的最大功耗，定義為等于I2×RDS(ON)。我們根據(jù)器件的最大電流計(jì)算了不同溫度下的RDS(ON)。此外，電路板及其MOS管的散熱也要做好。

??雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過(guò)最大值，形成強(qiáng)電場(chǎng)，使器件中的電流增大。芯片尺寸的增加將提高雪崩電阻，最終提高器件的魯棒性。因此，選擇更大的封裝可以有效防止雪崩。

??4.選擇 MOS管的最后一步是確定MOS管的開(kāi)關(guān)性能。

??影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極和漏極/源極電容。這些電容會(huì)導(dǎo)致器件的開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)槊看伍_(kāi)關(guān)時(shí)都要充電。因此，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的開(kāi)關(guān)速度降低，并且器件效率也降低。為了計(jì)算器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的總損耗，應(yīng)計(jì)算開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗(Eon)和開(kāi)關(guān)過(guò)程中的損耗(Eoff)。MOSFET開(kāi)關(guān)的總功率可由下式表示：Psw= （Eon+Eoff）×開(kāi)關(guān)頻率。柵極電荷(Qgd)對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響最大。

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