1. Introdución

MOSFETs veñen en catro tipos diferentes. Poden ser o modo de esgotamento ou de reforzo, e poden ser N-canle ou de canle p. Estamos só interesados en MOSFETs modo de mellora de n-channel, e estes serán os únicos falamos a partir de agora. Tamén MOSFETs de nivel de lóxica e MOSFETs normais. Podemos usar un ou outro tipo.

A terminal de fonte é, normalmente o negativo un, eo dreno é a única positiva (os nomes se refiren á fonte e dreno de electróns). O diagrama superior contén un díodo conectado entre o MOSFET. Este díodo é chamado o "diodo intrínseco" porque está construído dentro da estrutura de silicio do MOSFET. É unha consecuencia do modo poder MOSFETs son creados nas capas de silicio, e pode ser moi útil. Na maioría das arquitecturas MOSFET, que está clasificado na mesma cadea como o propio MOSFET.

2. Escolla un MOSFET.

Para examinar os parámetros de MOSFETs, é útil ter unha mostra de folla de datos para entregar. prema aquí para abrir unha folla de datos para o rectificador IRF3205 Internacional, que será referencia. Primeiro temos que pasar por algúns dos parámetros máis importantes que estaremos lidando.

2.1. parámetros MOSFET

Sobre a resistencia, R_{DS (a).}
Esta é a resistencia entre os terminais de fonte e de dreno cando o MOSFET é rodado completamente en.

Corrente máxima de drenaxe, I_{d (max).}
Esta é a corrente máxima que o MOSFET pode soportar o paso de evacuación de fonte. Ela é moi determinado polo paquete e RDS (en).

Disipación de potencia, P_d.
Esta é a capacidade máxima de potencia do MOSFET, que depende en gran parte do tipo de embalaxe que se atopa.

factor de redución linear.
Este é o que o parámetro máximo de disipación de enerxía enriba deben ser reducidos por per ºC, como a temperatura sobe encima 25ºC.

Enerxía de avalancha E_A
Esta é a cantidade de enerxía do MOSFET pode soportar en condicións de avalancha. Avalancha ocorre cando a tensión máxima de dreno fonte sexa superado, ea corrente corre a través do MOSFET. Isto non causar dano permanente mentres a enerxía (enerxía x tempo) na avalancha non exceda o máximo.

Recuperación de diodos máximos, dv / dt
Este é o quão rápido o diodo intrínseco pode ir do Estado desactivado (polarización inversa) para o estado ligado (realización). Depende de canto de tensión foi a través del antes que conectado. Por iso, o tempo necesario, T = (recuperación díodo de tensión / pico inverso).

DTensión de avaría choiva-fonte, V_dss.
Esta é a voltaxe máxima que se pode colocar dende dreno para fonte do MOSFET cando está desactivado.

Resistencia térmica, θ_jc.
Para máis información sobre a resistencia térmica, consulte o capítulo sobre disipan de calor.

Tensión de limiar de porta, V_{GS (th)}
Esta é a tensión mínima necesaria entre os terminais de porta e de fonte do MOSFET para transformar. El vai ter máis que iso para transformalo lo completamente por diante.

Transconductancia cara adiante, g_fs
A medida que a tensión da porta fonte é aumentado, cando o MOSFET é só comezando a chamar, ten unha relación moi lineal entre Vgs e corrente de dreno. Este parámetro é simplemente (Id / VGS) nesta sección lineal.

Capacitancia de entrada, C_iss
Esta é a capacidade aglomeradas entre a terminal de porta e os terminais de fonte e de dreno. A capacidade para o dreno, é a máis importante.

Hai unha introdución máis detallada para MOSFETs no documento International Rectifier Acrobat (PDF) Nocións básicas de MOSFET. Isto explica onde veñen algúns dos parámetros en canto á construción do MOSFET.

2.2. Facer a elección

Enerxía e calor

O poder que o MOSFET terá que afrontar é un dos principais factores decisivos. A potencia disipada nun MOSFET é a tensión a través dela veces a corrente que pasa a través del. Aínda que sexa o cambio grandes cantidades de enerxía, esta debe ser moi pequeno, porque tanto a tensión en toda ela é moi pequeno (interruptor está pechado - MOSFET está conectado), ou a corrente pasando polo que é moi pequeno (interruptor está aberto - MOSFET é off). A tensión a través do MOSFET cando está conectado será a resistencia do MOSFET, RDS (en) veces a corrente que completa. Esa resistencia, Rdson, por boas MOSFETs de potencia será menor que 0.02 Ohms. A continuación, a potencia disipada no MOSFET é:

Para unha cadea de 40 Amps, Rdson de 0.02 Ohms, este poder é 32 Watts. Sen un disipando de calor, o MOSFET ía queimar disipar tanto poder. Escoller un disipando de calor é un asunto en si, polo que hai un capítulo dedicado a el: disipan de calor.

O en resistencia non é a única causa da disipación de enerxía no MOSFET. Outra fonte ocorre cando o MOSFET é cambiar entre estados. Durante un curto período de tempo, o MOSFET é metade en metade e fóra. Usando o mesmo exemplo figuras como antes, a cadea pode por valor da metade, 20 Amps, ea tensión pode ser a metade valor, 6 voltios á vez. Agora a potencia disipada é 20 × 6 120 = Watts. Con todo, o MOSFET é só disipar esta durante o curto período de tempo que o MOSFET é conmutación entre os estados. A disipación de potencia media causada por esta é, polo tanto, moito menos, e depende dos tempos relativos o MOSFET é de conmutación e non conmutación. A disipación media é dada pola ecuación:

2.3. exemplo:

Problema Un MOSFET está conectado á 20kHz, e leva 1 microssegundo para cambiar entre estados (ligado a desactivado desactivado para conectado). A tensión de alimentación é 12v ea corrente 40 Amps. Calcule a media de perda de potencia de conmutación, asumindo a tensión e corrente están en valores de metade durante o período de conmutación.

Solución: No 20kHz, hai un MOSFET aparición cambiar cada 25 microssegundos (unha chave en cada 50 microssegundos e un switch off cada 50 microssegundos). Polo tanto, o ratio de tempo de conmutación para o tempo total é 1 / 25 = 0.04. A disipación de enerxía cando se cambia é (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Polo tanto, a perda media de conmutación é 120W x 0.04 4.8 = Watts.

Calquera disipación de potencia superior a uns 1 Watt require que o MOSFET está montado nun disipando de calor. MOSFETs Alimentación entrar nunha variedade de envases, pero normalmente ten unha guía de metal, que está colocado fronte o disipando de calor, e é usado para conducir a calor para lonxe do semicondutores MOSFET.

A potencia do envase, sen un disipando de calor extra é moi pequena. Nalgúns MOSFETs, a guía de metal está ligada internamente a un dos terminais de MOSFETs - xeralmente o dreno. Esta é unha desvantaxe, xa que significa que non pode caber máis dun MOSFET a un disipando de calor sen illar eléctricamente o paquete MOSFET do disipando de calor metal. Isto pode ser feito con follas de mica fina colocados entre a barra eo disipando de calor. Algúns MOSFETs ter o paquete illado dos terminais, o que é mellor. Ao final do día, a súa decisión é susceptible de ser baseado no prezo con todo!

2.3.1. corrente de dreno

MOSFETs son xeralmente anunciados pola súa corrente máxima de drenaxe. A sinopse de publicidade, ea lista de recursos na parte da fronte da folla de datos poden citar unha corrente continua de dreno, Id, de 70 Amps, e unha corrente de dreno pulsada de 350 Amps. Ten que ter moito coidado con estes números. Non son os valores medios xerais, pero o máximo que o MOSFET realizará nas mellores circunstancias posibles. Para comezar, eles adoitan ser cotizados para uso a unha temperatura paquete de 25 ºC. É altamente improbable cando está pasando 70 Amps que o caso aínda será ás 25ºC! Na folla de datos debe haber un gráfico de como esta figura derates co aumento da temperatura.

A cadea de dreno pulsada sempre citado baixo conmutación de condicións cos tempos de conmutación en moi pequena escrita na parte inferior da páxina! Esta pode ser unha anchura de pulso máximo de un par de centos de microssegundos, e un ciclo de traballo (porcentaxe de tempo ON para off) de só 2%, o que non é moi práctico. Para máis información sobre as clasificacións de corrente de MOSFETs, ter un ollar para este documento International Rectifier.

Se vostede non pode atopar un único MOSFET cunha corrente de dreno máxima moi alta, entón pode conectar máis dun en paralelo. Ver máis adiante para obter información sobre como facelo.

2.3.2. velocidade

Estará usando o MOSFET nun modo de conmutación para controlar a velocidade dos motores. Como vimos anteriormente, o máis longo que o MOSFET está no estado en que el non é nin sobre nin fóra, máis poder que vai se disipar. Algúns MOSFETs son máis rápidos que outros. A maioría dos modernos facilmente ser rápido o suficiente para cambiar a varias decenas de kHz, xa que este é case sempre como son usados. Na páxina 2 da folla de datos, ten que ver os parámetros Turn-On Demora Time, Tempo de ascenso, retardo de apagado Tempo e tempo de caída. Se estes son todos sumados, vai darlle o período aproximado mínimo cadrado onda que podería ser usado para cambiar este MOSFET: 229ns. Isto representa unha frecuencia de 4.3MHz. Nótese que ía estar moi quente, porque aínda que ía gastar moito do seu tempo na conmutación ao longo do estado.

3. Un exemplo de proxecto

Para ter unha idea de como usar os parámetros e os gráficos na folla de datos, imos pasar por un exemplo de proxecto:
Problema: Un circuíto controlador de velocidade ponte completa está deseñado para controlar un motor 12v. A frecuencia de conmutación debe estar por enriba do límite audible (20kHz). O motor ten unha resistencia total de 0.12 Ohms. Escolla MOSFETs axeitados para o circuíto de ponte, dentro dun límite de prezo razoable, e suxerir calquera heatsinking que poida ser necesaria. A temperatura ambiente é asumido como 25ºC.

Solución: Imos dar un ollo no IRF3205 e ver se é adecuado. Primeiro o dreno esixencia actual. Na tenda, o motor terá 12v / 0.12 Ohms = 100 Amps. Imos primeiro facer un palpite sobre a temperatura da xuntanza, na 125ºC Temos de atopar o que a cadea máxima de saneamento está 125ºC en primeiro lugar. O gráfico da figura 9 móstranos que a 125ºC, a máxima corrente de dreno é duns 65 Amps. Polo tanto IRF2s 3205 en paralelo poden ser capaces, a este respecto.

Canta enerxía é que os dous MOSFETs paralelas ser disipando? Imos comezar a disipación de enerxía, mentres ON eo motor parado, ou só comezando. É dicir, os tempos actuais cadrados en resistencia. Que é RDS (en) en 125ºC? Figura 4 mostra como é reducida do seu valor na primeira páxina de 0.008 Ohms, por un factor de aproximadamente 1.6. Polo tanto, asumimos RDS (en) será 0.008 1.6 x = 0.0128. Polo tanto PD = 50 50 x x 0.0128 32 = Watts. Como gran parte do tempo vai ser o motor sexa parado ou comezar? Isto é imposible dicir, polo que teremos que adiviñar. 20% do tempo é unha figura moi conservadora - é susceptible de ser moito menos. Como a fonte de calor fai que, ea condución de calor é un proceso moi lento, o efecto de disipación de enerxía tende a estar na media ao longo de períodos de tempo moi longo, na rexión de segundo. Polo tanto, podemos descualificar a esixencia de poder co citado 20%, para chegar a unha disipación de potencia media de 32W x 20% = 6.4W.

Agora, debemos engadir a potencia disipada debido ao cambio. Isto pode ocorrer durante o ascenso e os tempos, que son cotizados na táboa as características eléctricas como 100ns e 70ns respectivamente caer. Asumindo o controlador MOSFET pode fornecer corrente suficiente para cumprir os requisitos destas figuras (porta de resistencia de fonte da unidade de corrente 2.5 Ohms = pulso unidade de saída de 12v / 2.5 Ohms = 4.8 Amps), entón a relación de tempo de conmutación para firmarse estado de tempo é 170ns * 20kHz = 3.4mW que é desdeñable. Estes horarios en off son un pouco bruto con todo, para obter máis información sobre en off veces, vexa aquí.

Agora, cales son os requisitos de conmutación? O buque controlador MOSFET usan ha xestionar a maioría deles, pero o que paga a comprobación. O turn-on de tensión, VGS (th), a partir dos gráficos da Imaxe 3 é pouco máis de 5 Volts. Xa vimos que o condutor debe ser capaz de fonte 4.8 Amps para un período moi curto de tempo.

Agora o que pasa co disipando de calor. Pode querer ler o capítulo sobre disipan de calor antes desta sección. Queremos manter a temperatura á unión de semicondutores baixo 125ºC, e foi-nos dito que a temperatura ambiente é 25ºC. Polo tanto, cun MOSFET disipando 6.4W en media, a resistencia térmica total debe ser inferior a (125 - 25) / = 6.4 15.6 ºC / W. A resistencia térmica da unión para o caso fai-se a 0.75 ºC / W desta, caso típico para os valores do disipando de calor (usando composto térmico) son 0.2 ºC / W, o que deixa 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W para o propio disipando de calor. Disipan de calor deste valor θjc son moi pequeno e barato. Nótese que o mesmo disipando de calor pode ser usado tanto para MOSFETs á esquerda ou á dereita da carga na ponte H, xa que estes dous transistores MOSFET nunca ambas son á vez, e así non pode nunca ser tanto disipación de enerxía en á vez. Os casos de los deben estar electricamente illados todo. Consulte a páxina de disipan de calor para máis información sobre o illamento eléctrico necesario.

4. condutores MOSFET

Para transformar un MOSFET de potencia ligado, a terminal de porta debe ser axustado a unha tensión de, polo menos, 10 voltios maior que o terminal de fonte (uns 4 voltios para os MOSFETs nivel lóxico). Este é confort por riba do parámetro VGS (th).

Unha característica do poder MOSFETs é que teñen unha gran capacidade parasito entre a porta e os outros terminais, CISS. O efecto disto é que, cando o pulso á terminal de porta chega, debe primeiro Cargando esta capacidade se antes de que a tensión de porta pode acadar os 10 voltios necesarios. A terminal de porta, a continuación, efectivamente toma actual. Por conseguinte, o circuíto que acciona o terminal de porta debe ser capaz de ofrecer unha cadea razoable de xeito que a capacidade parasito pode ser cobra, tan axiña como sexa posible. A mellor forma de facer isto é o uso dun chip controlador MOSFET dedicado.

Hai unha morea de fichas de controladores MOSFET dispoñible a partir de varias empresas. Algúns son mostrados con enlaces ás fichas na táboa seguinte. Algúns esixen o terminal de fonte MOSFET para ser aterrado (para os máis baixos MOSFETs 2 nunha ponte completa ou só un circuíto de conmutación simple). Algúns poden conducir un MOSFET coa fonte en tensión máis alta. Estes teñen unha bomba de carga en chip, o que significa que poden xerar o voltios 22 necesarias para converter o TECSOM superior nun brifge cheo. O TDA340 aínda controla a secuencia swicthing para ti. Algúns poden proporcionar tanto como actual 6 Amps como un curto pulso para cargar a capacidade do porto de rúa.

Para máis información sobre MOSFETs e como dirixir-los, Rectificador Internacional ten un conxunto de documentos técnicos sobre a súa gama HEXFET aquí.

Moitas veces vai ver un resistor de baixo valor entre o controlador MOSFET e da terminal de gate MOSFET. Isto é para amortecer calquera oscilación táctil causados polo chumbo indutancia e capacitancia porta que doutra forma pode superar a tensión máxima permitida no terminal porta. Tamén diminúe a taxa na que o MOSFET é conexionado e apagado. Isto pode ser útil se os diodos intrínsecos do MOSFET non acenden rápido abondo. Máis detalles deste poden ser atopados nos documentos técnicos Internacional rectificador.

5. MOSFETs de paralelismo

MOSFETs pode ser instalado en paralelo para mellorar a capacidade de manipulación de cadea. Basta xuntarse ao Porta, Fonte e terminais de drenaxe xuntos. Calquera número de MOSFETs se pode comparar, pero teña en conta que a capacidade do porto engade-se como paralelo máis MOSFETs, e, finalmente, o controlador MOSFET non vai ser capaz de levalos. Teña en conta que non pode parellel transistores bipolares como este. As razóns por tras diso son discutidas nun documento técnico aquí.

prev:¿Que é un MOSFET, o que fai que pareza, e como funciona?

seguinte:FMUSER X01 Transmisor FM trae Radio para Áreas War-Torn

Deixar unha mensaxe

Lista de mensaxes

Comentarios Loading ...