1. מבוא

טרנזיסטורי MOSFET בא ארבעה סוגים שונים. הם עשויים להיות במצב שיפור או דלדול, והם עשויים להיות n-ערוץ או ערוצי p. אנו מעוניינים רק MOSFETs במצב שיפור n ערוצית, ואלה יהיו היחידים דברו על מעתה והלאה. ישנם גם MOSFETs ההיגיון ברמה MOSFETs נורמלי. אנחנו יכולים להשתמש גם סוג.

מסוף המקור הוא בדרך כלל בשלילה אחד, ואת הניקוז הוא אחד החיובי (השמות להפנות למקור והניקוז של אלקטרונים). התרשים לעיל מציג דיודה מחובר ברחבי MOSFET. דיודה זה נקרא "דיודה מהותית", כי הוא מובנה בתוך המבנה סיליקון של MOSFET. זוהי תוצאה של הדרך MOSFETs כוח נוצרות שכבות של סיליקון, והוא יכול להיות מאוד שימושי. ברוב ארכיטקטורות MOSFET, הוא מדורג באותו הנוכחי כמו MOSFET עצמה.

2. בחירת MOSFET.

כדי לבחון את הפרמטרים של טרנזיסטורי MOSFET, זה שימושי יש גליון מדגם ליד. נְקִישָׁה כאן לפתוח גיליון עבור IRF3205 מיישר הבינלאומי, אשר אנו נתייחס לעתים. ראשית עלינו לעבור כמה מהפרמטרים הבולטים שאנחנו יהיה להתמודד עם.

2.1. פרמטרי MOSFET

על התנגדות, ר_{DS (על).}
זהו ההתנגדות בין מסופי המקור ויציאה כאשר MOSFET מופעלת באופן מלא על.

זרם ניקוז מרבי, אני_{ד (max).}
זהו הזרם המרבי כי MOSFET יכול לעמוד עובר מן לטמיון למקור. היא נקבעת במידה רבה על ידי החבילה RDS (על).

פיזור כוח, פ_d.
זהו היכולת העמיד בפני ספקים המרבי של MOSFET, אשר תלוי, במידה רבה את סוג החבילה הוא נמצא.

גורם derating לינארית.
זהה כמה פרמטר פיזור הספק המרבי הנ"ל צריך להיות מופחת על ידי לכל ºC, כאשר הטמפרטורה עולה מעל 25ºC.

אנרגיית מפולות E_A
זהה כמה אנרגיה MOSFET יכול לעמוד בתנאי מפולת. מפולת מתרחשת כאשר המתח לטמיון אל מקור מקסימלית חריג, וזרם ממהר דרך MOSFET. זה אינו גורם נזק בלתי הפיך כל עוד (זמן x כוח) אנרגיה במפולת אינו עולה על המקסימום.

התאוששות שיא דיודות, dv / dt
זהה כמה מהר הדיודה הפנימית יכולה ללכת מהמדינה את (הפוך מוטה) אל על מדינה (ניצוח). זה תלוי עד כמה מתח הרבה היה על פנים זה לפני שהוא מופעל. לפיכך לוקח את הזמן, t = (התאוששות דיודה מתח / שיא הפוכה).

Dמתח פירוק גשם למקור, V._dss.
זהו המתח המקסימאלי שניתן ממדריך לטמיון למקור כאשר MOSFET כבוי.

עמידות תרמית, θ_jc.
לקבלת מידע נוסף על התנגדות תרמית, ראה פרק קירור.

מתח סף שער, V._{GS (ה)}
זהו המתח המינימלי הנדרש בין מסופי השער מקור להפוך את MOSFET על. זה יהיה צריך יותר מזה כדי להפוך אותה במלואה על.

מוליכות מעבר קדימה, ז_fs
כאשר המתח-מקור השער הוא גדל, כאשר MOSFET הוא רק מתחיל להפעיל, הוא מקיים יחסי ליניארי למדי בין Vgs ועדכן לטמיון. פרמטר זה הוא פשוט (שם / Vgs) בסעיף הליניארית הזאת.

קיבולת כניסה, C_ISS
זהו הקיבול להיכרך בין מסוף שער מסופי המקור ויציאה. הקיבול לניקוז הוא החשוב ביותר.

יש מבוא מפורט יותר טרנזיסטורי MOSFET ב- Acrobat מיישרים הבינלאומי (PDF) מסמכים יסודות MOSFET כוח. זה מסביר איפה כמה פרמטרים באים במונחים של בניית MOSFET.

2.2. עושה את הבחירה

כוח וחום

כוחה כי MOSFET ייאלץ להתמודד עם הוא אחד הגורמים המכריעים העיקריים. ההספק הנצרך בבית MOSFET הוא המתח על פני זה פעמים הזרם עובר את זה. למרות שזה מיתוג כמויות גדולות של חשמל, זה צריך להיות קטן למדי כי גם את המתח על פנים זה הוא קטן מאוד (מתג סגור - MOSFET הוא על), או הזרם עובר את זה הוא קטן מאוד (מתג פתוח - MOSFET הוא כבוי). המתח על פני MOSFET כשהוא מופיע ברשימה יהיה ההתנגדות של MOSFET, RDS (על) פעמים הזרם הולך יסודי זה. התנגדות זו, RDSon עבור טרנזיסטורי MOSFET כוח טוב יפחת 0.02 אוהם. ואז ההספק הנצרך בבית MOSFET הוא:

עבור זרם של 40 אמפר, RDSon של אוהם 0.02, הכוח הזה הוא 32 ווטס. ללא קירור, טרנזיסטור MOSFET תשרוף את עצמה מתפוגג כוח זה הרבה. בחירת קירור היא נושא בפני עצמו, וזו הסיבה ישן פרק מוקדש זה: קירור.

The-התנגדות על הוא לא הגורם היחיד של פיזור הכוח MOSFET. מקור נוסף מתרחש כאשר MOSFET הוא מעבר בין המדינות. במשך תקופה קצרה של זמן, MOSFET הוא חצי על חצי off. באמצעות הדמויות למשל כנ"ל, הזרם יכול להיות בשווי חצי, 20 אמפר, ואת המתח עשוי להיות בשווי חצי, וולט 6 בעת ובעונה אחת. עכשיו ההספק הנצרך הוא 20 × 6 = 120 ווטס. עם זאת, MOSFET המפזר זה רק לתקופה קצרה של זמן כי MOSFET הוא מעבר בין מדינות. פיזור ההספק הממוצע שנגרם על ידי זה הוא ולכן הרבה פחות, ותלוי פעמים ביחס כי MOSFET עוברת ולא מעבר. הפיזור הממוצע ניתן על ידי המשוואה:

2.3. דוגמא:

בעיה MOSFET מופעל על 20kHz, ולוקח המיקרו 1 כדי לעבור בין מדינות (על off לסירוגין כדי on). מתח הספק הוא 12v ואת אמפר 40 הנוכחי. חישוב אובדן כוח ממותג הממוצע, בהנחה המתח והזרם הם בערכים וחצי בתקופת המעבר.

פתרון: בשעה 20kHz, ישנה התרחשות מיתוג MOSFET כל 25 מיקרו (מתג על כל 50 מיקרו, ומתג את כל 50 מיקרו). לכן, היחס של מיתוג לעת הכולל הוא 1 / 25 = 0.04. בזבוז של כוח בעת מעבר הוא (12v / 2) x (40A / 2) = 120 ווטס. לכן ההפסד מיתוג הממוצע הוא 120W x 0.04 = 4.8 ווטס.

כל פיזור הספק מעל כ 1 ואט דורש כי MOSFET הוא רכוב על קירור. טרנזיסטורי MOSFET הכח מגיע במגוון של חבילות, אבל בדרך כלל יש כרטיסיית מתכת אשר ממוקמת מול גוף הקירור, והוא ממשמש לנהל את החום מן המוליכים למחצה MOSFET.

טיפול הכח של החבילה ללא קירור נוסף הוא קטן מאוד. על טרנזיסטורי MOSFET מסוים, על כרטיסיית המתכת מחוברת באופן פנימי לאחד מסופי טרנזיסטורי MOSFET - בדרך כלל לטמיון. זהו חסרון כי זה אומר שאתה לא יכול להתאים יותר MOSFET אחד גוף קירור ללא בידוד חשמלית חבילת MOSFET מן קירור המתכת. ניתן לעשות זאת עם גיליונות יציצו דקים ממוקמים בין החבילה ואת גוף הקירור. טרנזיסטורי MOSFET שיש להם את החבילה מבודדת המסופים, שהוא טוב יותר. בסוף היום החלטתך עשויה להתבסס במחיר זאת!

2.3.1. נוכחי Drain

טרנזיסטורי MOSFET מתפרסם בדרך כלל על ידי הזרם לטמיון המקסימלית שלהם. פרסומת הפרסום, ואת רשימת התכונות בחזית הנתונים יכולים להציע הצעת מחיר זרם בריחה מתמשכת, זיהוי, של 70 אמפר לעומת זאת, גם בריחה הפעם של אמפר 350. אתה חייב להיות מאוד זהיר עם דמויות אלה. הם אינם הערכים הממוצעים הכלליים, אבל המקסימום MOSFET ישא בנסיבות הטובות ביותר האפשריות. בתור התחלה, הם מצוטטים בדרך כלל לשימוש בטמפרטורת חבילה של 25 ºC. זה מאוד לא סביר כאשר אתה עובר 70 אמפר כי המקרה עדיין יהיה 25ºC! בשנת גליון צריך להיות גרף של איך נתון זה derates עם הגדלת הטמפרטורה.

הזרם לטמיון פעמו תמיד מצוטט תחת מיתוג תנאים עם פעמי מיתוג בכתב קטן מאוד בתחתית הדף! זה עשוי להיות רוחב הדופק המרבי של כמה מאות מיקרו, ובתפוקה (אחוז הזמן לכבוי) של רק 2%, וזה לא מעשי מאוד. לקבלת מידע נוסף על דירוגים עדכניים של טרנזיסטורי MOSFET, להעיף מבט מסמך International Rectifier זה.

אם אינך יכול למצוא MOSFET יחיד עם זרם בריחה גבוה מספיק מקסימלית, אז אתה יכול להתחבר יותר מאחד במקביל. ראו בהמשך לקבלת מידע על איך לעשות את זה.

2.3.2. מְהִירוּת

אתה תהיה באמצעות MOSFET במצב עבר כדי לשלוט על המהירות של המנועים. כפי שראינו קודם לכן, ככל כי MOSFET נמצא במצב שבו הוא לא על ולא כבוי, יותר כוח זה יתפזר. טרנזיסטורי MOSFET חלקם מהר יותר מאחרים. רוב המודרני יהיה בקלות מהר מספיק כדי לעבור על כמה עשרות קילו-רץ, שכן מדובר כמעט תמיד איך הם משמשים. בדף 2 של הגיליון, אתה צריך לראות את הפרמטרים מדליקים זמן שיהוי, זמן עליה, Turn-Off זמן שיהוי ו תפחת בכל עת. אם כל אלה מתווספים למעלה, זה ייתן לך את תקופת גל ריבועים המינימאלית המשוערת שיכול לשמש כדי לעבור MOSFET זה: 229ns. זה מייצג תדירות 4.3MHz. שים לב שזה יגיע חם מאוד אם משום שהוא יבלה הרבה זמן שלה מיתוג מעל המדינה.

3. דוגמה לעיצוב

כדי לקבל קצת מושג איך להשתמש הפרמטרים, ואת גרפי הגיליון, אנו נעבור דוגמא עיצוב:
בעיה: נועד מעגל בקר מהירות מלא גשר לשלוט מנוע 12v. תדר המיתוג חייב להיות מעל הגבול נשמע (20kHz). המנוע בעל עמידות מוחלטת של 0.12 אוהם. בחר MOSFETs המתאים מעגל הגשר, בתוך מגבלת מחיר סבירה, ולהציע כל heatsinking שיידרש. את טמפרטורת הסביבה ההנחה היא להיות 25ºC.

פתרון: מאפשר להעיף מבט על IRF3205 ולראות אם הוא מתאים. ראשית לטמיון הדרישה הנוכחית. ליד הדוכן, המנוע ייקח 12v / 0.12 אוהם = 100 אמפר. אנחנו נהיה ראשונים לעשות ניחוש בטמפרטורת הצומת, ב 125ºC עלינו למצוא מה הזרם לטמיון המרבי הוא 125ºC ראשון. הגרף של דמות 9 מראה לנו כי 125ºC, הזרם לטמיון המרבי הוא כ 65 אמפר. לכן IRF2s 3205 במקביל צריכה להיות מסוגלת מבחינה זו.

כמה כוח יהיה שני טרנזיסטורי MOSFET במקביל להיות מתפוגג? מאפשר להתחיל עם פיזור הספק תוך ON ואת המנוע נתקע, או רק מתחיל. זוהי פעמים בריבוע הנוכחית-התנגדות על. מהו RDS (על) בשעה 125ºC? איור 4 ומראה כיצד היא derated מהערך בעמודו הראשון של אוהם 0.008, בפקטור של כ 1.6. לכן, אנו מניחים RDS (על) יהיה 0.008 x 1.6 = 0.0128. לכן PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 ווטס. איך רוב הזמן יהיה המנוע להיות או נתקע או מתחיל? זה בלתי אפשרי לומר, אז נצטרך לנחש. 20% מהזמן הוא די דמות שמרנית - היא עשויה להיות הרבה פחות. מאז החשמל גורם חום, ואת הולכת החום די תהליך איטי, השפעת פיזור כוח נוטה לקבל בממוצע על פני תקופות זמן ארוכות למדי, באזור של שניות. לכן אנו יכולים הפחתת כוח המנוע הדרישה כוח עם 20% ציטט, כדי להגיע לבית פיזור הספק ממוצע של 32W x 20% = 6.4W.

עכשיו יש להוסיף את ההספק הנצרך בשל מיתוג. זה יתרחש במהלך עלייתה ונפילתה פעמים, אשר נקובים במטבע טבלת המאפיינים החשמליים כמו 100ns ו 70ns בהתאמה. בהנחת נהג MOSFET יכול לספק מספיק זרם כדי למלא את הדרישות של דמויות אלה (התנגדות מקור כונן שער של כונן פלט דופק 2.5 אוהם = נוכחי של 12v / 2.5 אוהם = 4.8 אמפר), אז היחס של מיתוג זמן יציב הזמן הוא 170ns * 20kHz = 3.4mW שהוא זניח. תזמונים ב- off אלו הם קצת גולמיים לעומת זאת, עבור מידע נוסף אודות ב- off פעמים, ראה כאן.

עכשיו מה הן דרישות המיתוג? ספינת נהג MOSFET אנו משתמשים נתמודד עם רוב אלה, אך בדיקת השווי שלה. הקיפול על מתח, Vgs (ה), מן הגרפים של האיור 3 הוא קצת יותר מ 5 וולט. כבר ראינו כי הנהג צריך להיות מסוגל מקור 4.8 אמפר לתקופה קצרה מאוד של זמן.

עכשיו מה עם הקירור. אולי כדאי לקרוא את הפרק על קירור לפני החלק הזה. אנחנו רוצים לשמור על הטמפרטורה עבור לצומת המוליכים למחצה מתחת 125ºC, ואנחנו כבר אמרנו כי טמפרטורת הסביבה היא 25ºC. לכן, עם MOSFET שמגרשים 6.4W בממוצע, ההתנגדות התרמית הכוללת חייב להיות פחות מ (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. ההתנגדות התרמית מצומת למקרה מפצה 0.75 ºC / W של זה, מקרה טיפוסי לערכים קירור (באמצעות תרכובת תרמית) הם 0.2 ºC / W, מה שמשאיר 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W עבור קירור עצמו. קירור של ערך θjc הזה הוא די קטן וזול. ראוי לציין, כי גוף הקירור אותו יכול לשמש הן MOSFETs משמאל או מימין העומס בגשר H-, מאז שני טרנזיסטורי MOSFET האלה אינם הן בעת ובעונה אחת, וכך יכול לעולם הן להיות מתפוגג החשמל אותו זמן. המקרים מהם חייבים להיות אולם חשמלי מבודדים. עיין בדף הקירור לקבלת מידע נוסף על הבידוד החשמלי נדרש.

4. נהגים MOSFET

כדי להפוך MOSFET הפעלה, מסוף השער חייב להיות מוגדר מתח לפחות 10 וולט גדול מסוף המקור (על 4 וולט עבור טרנזיסטורי MOSFET היגיון רמה). זהו בנוחות מעל פרמטר Vgs (ה).

תכונה אחת של טרנזיסטורי MOSFET הכוח הוא שיש להם קיבול תועה גדול בין השער לבין טרמינלים אחרים, Ciss. ההשפעה של זה היא שכאשר הדופק למסוף השער מגיע, צריך קודם לחייב קיבול זו עד לפני מתח השער יכול להגיע וולט 10 הנדרש. מסוף השער אז ביעילות לוקח נוכחי. לכן המעגל שמניע את מסוף השער צריך להיות מסוגל לספק זרם סביר כך הקיבול התועה יכול להיות מחויב עד כמה שיותר מהר. הדרך הטובה ביותר לעשות זאת היא להשתמש בשבב נהג MOSFET ייעודי.

יש הרבה שבבי נהג MOSFET זמינים מחברות שונות. כמה מוצגים עם קישורי הגיליונות בטבלה שלהלן. חלקם דורשים הטרמינל מקור MOSFET להיות מקורקע (עבור טרנזיסטורי MOSFET 2 הנמוך גשר מלא או רק מעגל מיתוג פשוט). כמה יכול לנהוג MOSFET עם המקור במתח גבוה. יש אלה משאבה על שבב תשלום, כלומר, הם יכולים ליצור את וולט 22 נדרש להפוך את MOSFET העליונה בבית מלא brifge על. TDA340 אפילו שולט על רצף swicthing בשבילך. חלק יכול לספק ככל נוכחי 6 אמפר כמו פעימה קצרה מאוד כדי לחייב את קיבול השער התועה.

לקבלת מידע נוסף על טרנזיסטורי MOSFET וכיצד לנהוג בם, מיישרים בינלאומיים יש קבוצה של מאמרים טכניים על מגוון HEXFET שלהם כאן.

לעתים קרובות תראה נגד ערך נמוך בין נהג MOSFET ומסוף שער MOSFET. זאת על מנת לדכא ילד כל תנודות צלצול נגרמות על ידי קיבול השראות שער היתרון אשר אחרת יכול לחרוג המתח המרבי מוותר על מסוף השער. זה גם מאט את הקצב שבו MOSFET מדליק ומכבה. זה יכול להיות שימושי אם דיודות הפנימי של MOSFET לא להדליק מהר מספיק. פרטים נוספים ניתן למצוא במסמכים הטכניים המיישרים הבינלאומיים.

5. טרנזיסטורי MOSFET במקביל

טרנזיסטורי MOSFET ניתן להציב במקביל לשפר את יכולת העמידה בפני הנוכחי. כל שעליך לעשות הוא להצטרף השער, המקור ומסופי Drain יחד. כל מספר של טרנזיסטורי MOSFET ניתן מקביל, אבל לציין כי קיבול השער מסתכם כפי שאתה מקביל טרנזיסטורי MOSFET יותר, ובסופו של דבר הנהג MOSFET לא תוכל להסיע אותם. שים לב שאתה לא יכול parellel טרנזיסטורים דו קוטביים כזאת. הסיבות מאחורי זה נדונות מאמר טכני כאן.

קודם:מהו MOSFET, מה זה נראה לך, ואיך זה עובד?

הבא:FMUSER X01 משדר FM מביא רדיו לאזורים שסועת הקרבות

השאר הודעה

רשימת הודעות

תגובות Loading ...