1. Innledning

MOSFETs kommer i fire forskjellige typer. De kan være forbedring eller uttømming modus, og de kan være n-kanal eller p-kanal. Vi er bare interessert i n-kanal Enhancement MOSFET, og disse vil være de eneste som snakket om fra nå av. Det er også logisk nivå MOSFETs og normale MOSFETs. Vi kan bruke enten type.

Kilden terminal er normalt negativt, og avløpet er positiv (navnene henviser til kilden og renne av elektroner). Figuren over viser en diode koblet over MOSFET. Denne diode er kalt den "indre diode", fordi det er bygget inn i silisium struktur av MOSFET. Det er en konsekvens av den måte kraft MOSFET'ene opprettes i lagene av silikondioksid, og kan være svært nyttig. I de fleste MOSFET arkitekturer, er det vurdert ved den samme strøm som MOSFET selv.

2. Velge en MOSFET.

For å undersøke parameterne for MOSFET, er det nyttig å ha en prøve dataark for hånden. Klikk her. å åpne et dataark for International Rectifier IRF3205, som vi vil henvise til. Først må vi gå gjennom noen av de viktigste parametrene som vi skal håndtere.

2.1. MOSFET Parametere

På motstand, R_{ds (på).}
Dette er motstanden mellom kilde- og tappe terminaler når MOSFET er skrudd helt på.

Maksimal avløpsstrøm, I_{d (max).}
Dette er den maksimale strømmen som MOSFET kan stå passerer fra avløpet til kilden. Det er i stor grad bestemt av pakken og RDS (på).

Kraftspredning, P_d.
Dette er den maksimale effekthåndteringsevne av MOSFET, som avhenger i stor grad av hvilken type av pakken er det i.

Lineær belastningsfaktor.
Dette er hvor mye det maksimale effekttap parameter ovenfor må reduseres med per ºC, som temperaturen stiger over 25ºC.

Skredenergi E_A
Dette er hvor mye energi MOSFET tåler etter skredforhold. Skred oppstår når den maksimale drain-til-kilde spenning overskrides, og strøm strømmer gjennom MOSFET. Dette fører ikke til permanent skade så lenge energi (strøm x tid) i skredet ikke overstiger det maksimale.

Gjenoppretting av toppdiode, dv / dt
Dette er hvor fort den iboende diode kan gå fra avslått tilstand (omvendt partisk) til på tilstand (ledende). Det avhenger av hvor mye spenning var over det før det slås på. Derav den tiden det tar, t = (revers spenning / peak diode recovery).

DRegn-til-kilde-spenning, V_dSS.
Dette er den maksimale spenningen som kan plasseres fra avløpet til kilde når MOSFET er slått av.

Termisk motstand, θ_jc.
For mer informasjon om termisk motstand, se kapittelet om heatsinks.

Gate Threshold Voltage, V_{GS (th)}
Dette er den minste spenning som kreves mellom porten og kilden terminaler for å slå på MOSFET på. Det vil trenge mer enn dette for å slå den helt av.

Fremoverleder, g_fs
Som gate-source spenning økes, når MOSFET er bare å begynne å skru på, det har en ganske lineær sammenheng mellom VGS og avløp strøm. Denne parameteren er ganske enkelt (Id / VGS) i denne lineære delen.

Inngangskapasitans, C_iss
Dette er samlet kapasitans mellom portterminal og kilde- og tappe terminaler. Kapasitansen til avløpet er den viktigste.

Det er et mer detaljert innføring i MOSFET i International Rectifier Acrobat (PDF) dokument Grunnleggende makt MOSFET. Dette forklarer hvor noen av parameterne kommer fra når det gjelder bygging av MOSFET.

2.2. Gjør valget

Kraft og varme

Kraften som MOSFET vil ha å stri med, er en av de viktigste avgjørende faktorene. Den effekt som forbrukes i en MOSFET er spenningen over den ganger den strøm som går gjennom den. Selv om det er å bytte store mengder kraft, bør dette være ganske liten fordi enten spenningen over det er svært liten (bryteren er lukket - MOSFET er på), eller den nåværende går gjennom det er svært liten (bryteren er åpen - MOSFET er av). Spenningen over MOSFET når den er på, vil være motstanden i MOSFET, RDS (på) ganger den strøm går grundig den. Denne motstand, rdson, for gode kraft MOSFET'ene vil være mindre enn 0.02 Ohm. Da strømmen forsvant på MOSFET er:

For en strøm av 40 Amps, rdson av 0.02 ohm, er denne kraften 32 Watts. Uten en heatsink, ville MOSFET brenne ut spredendedesign dette mye makt. Velge en heatsink er et fag i seg selv, noe som er grunnen til at det er et kapittel viet til det: kjøleribber.

The on-motstanden er ikke den eneste årsaken til effekttap i MOSFET. En annen kilde oppstår når MOSFET bytter mellom stater. For en kort periode av tid, er det MOSFET halvparten på og halvparten av. Ved hjelp av de samme tallene som eksempel ovenfor, kan strømmen være på halv verdi, 20 ampere, og spenningen kan være til halve verdi, 6 volt samtidig. Nå effekttapet er 20 × 6 = 120 Watts. Imidlertid er MOSFET bare spredendedesign dette for kort tid at MOSFET bytter mellom stater. Den gjennomsnittlige energitap som følge av dette er derfor mye mindre, og er avhengig av de relative tider at MOSFET bytter og ikke bytte. Den gjennomsnittlige avgivelse er gitt ved ligningen:

2.3. Eksempel:

Problem En MOSFET er slått på 20kHz, og tar 1 mikrosekund for å veksle mellom stater (på til av og på for å på). Forsyningsspenningen er 12v og gjeldende 40 ampere. Beregne gjennomsnittlig bytte strøm tap, forutsatt at spenning og strøm er på halv verdier under overgangsperioden.

Løsning: På 20kHz, det er en MOSFET bytter forekomst hver 25 mikrosekunder (en bryter på hver 50 mikrosekunder, og en bryter av hvert 50 mikrosekunder). Derfor er forholdet mellom bytte tid til total tid 1 / 25 = 0.04. Energitap ved veksling er (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Derfor gjennomsnittlig veksling tap er 120W x 0.04 = 4.8 Watts.

Enhver effekttap over om 1 Watt krever at MOSFET er montert på en kjøleribbe. Strøm MOSFET kommer i en rekke av pakker, men vanligvis har en metall fane som er plassert mot kjøleribbe, og blir brukt til å lede varme bort fra MOSFET halvledere.

Den effekt håndtering av pakken uten en ekstra Kjølelegemet er meget liten. På enkelte MOSFET, er metalltappen koblet internt til en av klemmene MOSFETs - vanligvis avløpet. Dette er en ulempe som det betyr at du ikke får plass til mer enn en MOSFET til en kjøleribbe uten elektrisk isolere MOSFET pakken fra metallet heatsink. Dette kan gjøres med tynne glimmer ark plassert mellom pakken og heatsink. Noen MOSFET har pakken isolert fra terminalene, noe som er bedre. På slutten av dagen din beslutning vil trolig være basert på pris men!

2.3.1. Drain strøm

MOSFET er generelt annonsert av deres maksimale avløp strøm. Den reklame blurb, og listen over funksjoner på forsiden av dataarket kan sitere en kontinuerlig avløp strøm, Id, av 70 forsterkere, og en pulset renne strøm av 350 forsterkere. Du må være veldig forsiktig med disse tallene. De er ikke de generelle gjennomsnittsverdier, men maksimal MOSFET vil bære under de best mulige forhold. For en start, de er vanligvis sitert for bruk på en pakke temperatur på 25 ºC. Det er svært lite sannsynlig når du passerer 70 Amps at saken vil fortsatt være på 25ºC! I databladet bør det være en grafisk fremstilling av hvordan denne figuren derates med økende temperatur.

Den pulsede drenstrømmene er alltid oppgitt i henhold til koblingsbetingelser med koplingstidene i meget liten skrift nederst på siden! Dette kan være en maksimal pulsbredde på et par hundre mikrosekunder, og en driftssyklus (prosentandel av tiden ON til OFF) på bare 2%, som ikke er veldig praktisk. For mer informasjon om gjeldende rangeringer av MOSFETs, ta en titt på denne International Rectifier dokumentet.

Hvis du ikke finner en eneste MOSFET med en høy nok maksimal drain strøm, så du kan koble mer enn én parallelt. Se senere for informasjon om hvordan du gjør dette.

2.3.2. Hastighet

Du vil være ved hjelp av MOSFET i en svitsjet-modus for å styre hastigheten til motorene. Som vi så tidligere, jo lenger at MOSFET er i det landet der det er verken på eller av, jo mer strøm vil det forsvinne. Noen MOSFETs er raskere enn andre. De fleste moderne de vil lett være rask nok til å bytte på flere titalls kHz, siden dette er nesten alltid hvordan de brukes. På side 2 av databladet, skal du se parametrene Turn-On Delay Time, Rise Time, Turn-Off Forsinkelse og Fall Time. Hvis disse er lagt opp, vil det gi deg den omtrentlige minimum firkantet bølgeperiode som kan brukes til å bytte denne MOSFET: 229ns. Dette representerer en frekvens på 4.3MHz. Legg merke til at det ville bli veldig varmt, men fordi det ville tilbringe mye av sin tid på å bytte over staten.

3. En design eksempel

For å få en ide om hvordan du bruker parametere og grafer i databladet, vil vi gå gjennom en design eksempel:
ProblemEn hel bro hastighetsregulator kretsen er designet for å styre en 12v motor. Svitsjefrekvens må være over hørbar grense (20kHz). Motoren har en total motstand av 0.12 ohm. Velg egnet MOSFETs for brua krets, innenfor en rimelig prisgrense, og foreslå eventuelle heatsinking som kan være nødvendig. Omgivelsestemperaturen antas å være 25ºC.

Løsning: Lets ta en titt på den IRF3205 og se om det er egnet. Først avløpet dagens krav. På stall, vil motoren ta 12v / 0.12 Ohms = 100 Amps. Vi vil først gjøre en gjetning i krysset temperatur, ved 125ºC Vi må finne hva den maksimale renne strømmen er på 125ºC først. Grafen i figur 9 viser oss at ved 125ºC, er den maksimale drain strøm om 65 ampere. Derfor 2 IRF3205s parallelt bør være i stand til i denne forbindelse.

Hvor mye makt vil de to parallelle MOSFETs bli dissipating? Kan starte med effekttap mens ON og motoren stoppet opp, eller bare starte. Det er dagens kvadrerte ganger på motstand. Hva er RDS (på) på 125ºC? Figur 4 viser hvordan det er underbelastede fra sin front-side verdien av 0.008 ohm, med en faktor på om 1.6. Derfor antar vi RDS (på) vil være 0.008 x 1.6 = 0.0128. Derfor PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Hvor mye av tiden vil motoren bli enten stoppet eller starte? Dette er umulig å si, så vi er nødt til å gjette. 20% av tiden er ganske konservativ skikkelse - det er sannsynlig å være mye mindre. Siden den kraft som forårsaker varmen, og varmeledningen er en ganske langsom prosess, effekten av effekttap tendens til å bli fordelt ut over ganske lange tidsperioder, i området av sekunder. Derfor kan vi redusere belastningen på kraftbehovet med den siterte 20%, for å komme fram til en gjennomsnittlig energitap av 32W x 20% = 6.4W.

Nå må vi legge til effekttapet på grunn av bytte. Dette vil skje i løpet av vekst og fall tider, som er notert i de elektriske egenskapene bordet som 100ns og 70ns hhv. Forutsatt at MOSFET driver kan levere nok strøm til å oppfylle kravene i disse tallene (gate drivkilde motstanden 2.5 ohm = puls spindel strøm av 12v / 2.5 Ohms = 4.8 Amps), så forholdet mellom bytte tid til steady-state tid er 170ns * 20kHz = 3.4mW som er ubetydelig. Disse on-off timings er litt rå men for mer informasjon om on-off tider, se her.

Nå hva er de bytter kravene? MOSFET driver skipet vi bruker vil takle de fleste av disse, men det er verdt å sjekke. Turn-on spenning, VGS (th), fra grafene i figur 3 er litt over 5 volt. Vi allerede har sett at føreren bør være i stand til kilden 4.8 ampere for en meget kort periode.

Hva nå om heatsink. Det kan være lurt å lese kapittelet om heatsinks før denne delen. Vi ønsker å holde temperaturen for halvleder krysset nedenfor 125ºC, og vi har blitt fortalt at omgivelsestemperaturen er 25ºC. Derfor, med en MOSFET spredendedesign 6.4W i gjennomsnitt må det totale varmemotstanden er mindre enn (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. Den termiske motstand fra krysset til saken gjør opp for 0.75 ºC / W av dette, typisk tilfelle til heatsink verdier (ved hjelp av termisk sammensatte) er 0.2 ºC / W, noe som etterlater 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W for heatsink selv. Heatsinks av denne θjc verdien er ganske liten og billig. Legg merke til at den samme varmeavleder kan brukes for begge MOSFET til venstre for eller til høyre for lasten i H- bro, siden disse to MOSFET er aldri begge på på samme tid, og kan derfor aldri begge avgi strøm i på samme tid. Tilfellene av dem må være elektrisk isolert imidlertid. Se heatsinks side for mer informasjon om nødvendig elektrisk isolasjon.

4. MOSFET drivere

For å slå en kraft MOSFET på, skal portterminal settes til en spenning på minst 10 volt høyere enn kildeterminalen (ca. 4 volt for logisk nivå MOSFET). Dette er godt over den Vgs (th) parameter.

En funksjon av makt MOSFET er at de har en stor spredt kapasitans mellom gate og de andre terminalene, Ciss. Virkningen av dette er at når den puls til portterminal ankommer, må det først lade denne kapasitans opp før portspenningen kan nå 10 volt som kreves. Porten terminal så effektivt tar strøm. Derfor er den krets som driver portterminal bør være i stand til å forsyne en rimelig strøm så strøkapasitansen kan lades opp så raskt som mulig. Den beste måten å gjøre dette på er å bruke en dedikert MOSFET driver chip.

Det er mange MOSFET driver chips tilgjengelig fra flere selskaper. Noen er vist med linker til datablad i tabellen nedenfor. Noen krever MOSFET kildeterminalen for å være jordet (for de nedre 2 MOSFET i en fullstendig bro eller bare en enkel bryterkrets). Noen kan kjøre en MOSFET med kilden på et høyere spenning. Disse har en on-chip kostnad pumpe, noe som betyr at de kan generere 22 volt kreves for å snu den øvre MOSFET i en full brifge på. Den TDA340 styrer selv swicthing sekvens for deg. Noen kan levere så mye som 6 Amps strøm som en svært kort puls for å lade opp bortkommen gate kapasitans.

For mer informasjon om MOSFET og hvordan du skal kjøre dem, har International Rectifier et sett av tekniske papirer på deres HEXFET utvalg her.

Ofte vil du se en lav verdi motstand mellom MOSFET driver og MOSFET gate terminal. Dette er for å dempe ned eventuelle ringe oscillasjoner forårsaket av bly induktans og kapasitans port som ellers kan overskride den maksimale tillatte spenningen på gate-terminal. Det også bremser ned hastigheten som MOSFET slås på og av. Dette kan være nyttig hvis den iboende dioder i MOSFET ikke slå på raskt nok. Flere detaljer om dette finner du i de internasjonale Liker tekniske dokumenter.

5. parallelt MOSFETs

MOSFET kan plasseres i parallell for å forbedre dagens evne. Bare bli med i Gate, Source og Drain terminaler sammen. Et ubegrenset antall MOSFETs kan parallellkobles opp, men merk at porten kapasitans legger opp som du parallell flere MOSFET, og til slutt MOSFET driver vil ikke være i stand til å drive dem. Merk at du ikke kan parallell bipolare transistorer som dette. Årsakene til dette er omtalt i en teknisk papir her.

Prev:Hva er en MOSFET, hvordan ser det ut som, og hvordan virker det?

Neste:FMUSER X01 FM-sender Bringer Radio til krigsherjede områder

Legg igjen en beskjed

Meldingsliste

Kommentarer Loading ...