Selección de tubos de conmutación de paquetes MOSFET y diagramas de circuitos

El primer paso es hacer una selección deMOSFET, que vienen en dos tipos principales: canal N y canal P. En los sistemas de energía, los MOSFET pueden considerarse interruptores eléctricos. Cuando se agrega un voltaje positivo entre la puerta y la fuente de un MOSFET de canal N, su interruptor conduce. Durante la conducción, la corriente puede fluir a través del interruptor desde el drenaje hasta la fuente. Existe una resistencia interna entre el drenaje y la fuente llamada resistencia RDS (ON). Debe quedar claro que la puerta de un MOSFET es un terminal de alta impedancia, por lo que siempre se agrega voltaje a la puerta. Esta es la resistencia a tierra a la que está conectada la puerta en el diagrama de circuito que se presenta más adelante. Si la puerta se deja colgando, el dispositivo no funcionará según lo diseñado y puede encenderse o apagarse en momentos inoportunos, lo que resultará en una posible pérdida de energía en el sistema. Cuando el voltaje entre la fuente y la puerta es cero, el interruptor se apaga y la corriente deja de fluir a través del dispositivo. Aunque el dispositivo está apagado en este punto, todavía hay una pequeña corriente presente, que se llama corriente de fuga o IDSS.

Paso 1: elija el canal N o el canal P

El primer paso para seleccionar el dispositivo correcto para un diseño es decidir si se utilizará un MOSFET de canal N o de canal P. En una aplicación de energía típica, cuando un MOSFET está conectado a tierra y la carga está conectada al voltaje troncal, ese MOSFET constituye el interruptor lateral de bajo voltaje. En un interruptor lateral de bajo voltaje, un canal NMOSFETdebe usarse debido a la consideración del voltaje requerido para apagar o encender el dispositivo. Cuando el MOSFET está conectado al bus y la carga está conectada a tierra, se debe utilizar el interruptor lateral de alto voltaje. En esta topología generalmente se usa un MOSFET de canal P, nuevamente por consideraciones de control de voltaje.

Paso 2: determinar la calificación actual

El segundo paso es seleccionar la clasificación actual del MOSFET. Dependiendo de la estructura del circuito, esta corriente nominal debe ser la corriente máxima que la carga puede soportar en todas las circunstancias. De manera similar al caso del voltaje, el diseñador debe asegurarse de que el MOSFET seleccionado pueda soportar esta clasificación de corriente, incluso cuando el sistema esté generando picos de corriente. Los dos casos actuales considerados son el modo continuo y los picos de pulso. Este parámetro se basa en la HOJA DE DATOS del tubo FDN304P como referencia y los parámetros se muestran en la figura:

En modo de conducción continua, el MOSFET está en estado estable, cuando la corriente fluye continuamente a través del dispositivo. Los picos de pulso se producen cuando hay una gran cantidad de sobretensión (o pico de corriente) que fluye a través del dispositivo. Una vez determinada la corriente máxima en estas condiciones, simplemente es cuestión de seleccionar directamente un dispositivo que pueda soportar esta corriente máxima.

Después de seleccionar la corriente nominal, también se debe calcular la pérdida de conducción. En la práctica, elMOSFETNo es el dispositivo ideal, porque en el proceso conductor habrá pérdida de potencia, lo que se llama pérdida de conducción. MOSFET en estado "encendido" como una resistencia variable, determinada por el RDS (ON) del dispositivo, y con la temperatura y cambios significativos. La disipación de energía del dispositivo se puede calcular a partir de Iload2 x RDS (ON) y dado que la resistencia de encendido varía con la temperatura, la disipación de energía varía proporcionalmente. Cuanto mayor sea el voltaje VGS aplicado al MOSFET, menor será el RDS (ON); por el contrario, mayor será el RDS(ON). Para el diseñador del sistema, aquí es donde entran en juego las compensaciones dependiendo del voltaje del sistema. Para diseños portátiles, es más fácil (y más común) usar voltajes más bajos, mientras que para diseños industriales, se pueden usar voltajes más altos. Tenga en cuenta que la resistencia RDS(ON) aumenta ligeramente con la corriente. Las variaciones en los distintos parámetros eléctricos de la resistencia RDS(ON) se pueden encontrar en la ficha técnica proporcionada por el fabricante.

Paso 3: determinar los requisitos térmicos

El siguiente paso para seleccionar un MOSFET es calcular los requisitos térmicos del sistema. El diseñador debe considerar dos escenarios diferentes, el peor de los casos y el caso real. Se recomienda el cálculo para el peor de los casos porque este resultado proporciona un mayor margen de seguridad y garantiza que el sistema no fallará. También hay algunas medidas que se deben tener en cuenta en la hoja de datos del MOSFET; como la resistencia térmica entre la unión semiconductora del dispositivo empaquetado y el medio ambiente, y la temperatura máxima de la unión.

La temperatura de unión del dispositivo es igual a la temperatura ambiente máxima más el producto de la resistencia térmica y la disipación de potencia (temperatura de unión = temperatura ambiente máxima + [resistencia térmica × disipación de potencia]). A partir de esta ecuación se puede resolver la máxima disipación de potencia del sistema, que es por definición igual a I2 x RDS(ON). Dado que el personal ha determinado la corriente máxima que pasará a través del dispositivo, se puede calcular RDS(ON) para diferentes temperaturas. Es importante señalar que cuando se trata de modelos térmicos simples, el diseñador también debe considerar la capacidad calorífica de la unión semiconductora/caja del dispositivo y la caja/entorno; es decir, se requiere que la placa de circuito impreso y el paquete no se calienten inmediatamente.

Por lo general, en un PMOSFET, habrá un diodo parásito presente, la función del diodo es evitar la conexión inversa fuente-drenaje, para PMOS, la ventaja sobre NMOS es que su voltaje de encendido puede ser 0 y la diferencia de voltaje entre los El voltaje DS no es mucho, mientras que la condición NMOS requiere que el VGS sea mayor que el umbral, lo que conducirá a que el voltaje de control sea inevitablemente mayor que el voltaje requerido y habrá problemas innecesarios. PMOS se elige como interruptor de control para las dos aplicaciones siguientes:

La temperatura de unión del dispositivo es igual a la temperatura ambiente máxima más el producto de la resistencia térmica y la disipación de potencia (temperatura de unión = temperatura ambiente máxima + [resistencia térmica × disipación de potencia]). A partir de esta ecuación se puede resolver la máxima disipación de potencia del sistema, que es por definición igual a I2 x RDS(ON). Dado que el diseñador ha determinado la corriente máxima que pasará a través del dispositivo, se puede calcular RDS(ON) para diferentes temperaturas. Es importante señalar que cuando se trata de modelos térmicos simples, el diseñador también debe considerar la capacidad calorífica de la unión semiconductora/caja del dispositivo y la caja/entorno; es decir, se requiere que la placa de circuito impreso y el paquete no se calienten inmediatamente.

Por lo general, en un PMOSFET, habrá un diodo parásito presente, la función del diodo es evitar la conexión inversa fuente-drenaje, para PMOS, la ventaja sobre NMOS es que su voltaje de encendido puede ser 0 y la diferencia de voltaje entre los El voltaje DS no es mucho, mientras que la condición NMOS requiere que el VGS sea mayor que el umbral, lo que conducirá a que el voltaje de control sea inevitablemente mayor que el voltaje requerido y habrá problemas innecesarios. PMOS se elige como interruptor de control para las dos aplicaciones siguientes:

Al observar este circuito, la señal de control PGC controla si V4.2 suministra o no energía a P_GPRS. En este circuito, los terminales de fuente y drenaje no están conectados al reverso, R110 y R113 existen en el sentido de que la corriente de la compuerta de control R110 no es demasiado grande, R113 controla la compuerta normal, R113 se eleva a alto, a partir de PMOS. , Pero también se puede ver como un pull-up en la señal de control, cuando los pines internos de la MCU y pull-up, es decir, la salida del drenaje abierto cuando la salida es de drenaje abierto, y puede No apague el PMOS, en este momento, es necesario que se le dé un voltaje externo, por lo que la resistencia R113 desempeña dos funciones. Necesitará un voltaje externo para dar el pull-up, por lo que la resistencia R113 desempeña dos funciones. R110 puede ser más pequeño, hasta 100 ohmios también.