1. Inleiding

MOSFETs kom in vier verskillende tipes. Hulle mag verbetering of uitputting af wees, en hulle mag N-kanaal of p-kanaal wees. Ons is in N-kanaal verrykingswyse MOSFETs slegs geïnteresseerd, en dit sal wees die enigstes gepraat oor van nou af. Daar is ook logies vlak MOSFETs en normale MOSFETs. Ons kan óf tipe gebruik.

Die bron terminale is gewoonlik die negatiewe een, en die drein is die positiewe een (die name verwys na die bron en dreineer elektrone). Die diagram hierbo toon 'n diode wat verband hou oor die MOSFET. Dit diode staan bekend as die "intrinsieke diode", omdat dit in die silikon struktuur van die MOSFET gebou. Dit is 'n gevolg van die manier drywingsmosfets geskep in die lae van silikon, en kan baie nuttig wees. In die meeste MOSFET argitekture, is dit aangeslaan op dieselfde stroom as die MOSFET self.

2. Die keuse van 'n MOSFET.

Om die grense van MOSFETs ondersoek, is dit nuttig om 'n monster datablad aan die hand te hê. Klik na hierdie skakel om 'n gegewensblad vir die Internasionale Gelykrigter IRF3205, wat ons sal verwys na open. Eers moet ons gaan deur 'n paar van die belangrikste parameters wat ons sal hanteer.

2.1. MOSFET Parameters

Oor weerstand het R_{ds (op).}
Dit is die weerstand tussen die bron en dreineer terminale wanneer die MOSFET ten volle op aangeskakel.

Maksimum afvoerstroom, I_{d (MAx).}
Dit is die maksimum stroom wat die MOSFET wat van drein om die bron kan staan. Dit word grootliks bepaal deur die pakket en Rds (op).

Kragverlies, P_d.
Dit is die maksimum krag hantering vermoë van die MOSFET, wat grootliks afhang van die tipe pakket waarin dit is.

Lineêre derating faktor.
Dit is hoeveel die maksimum drywing parameter bo moet verminder word deur per ºC, as die temperatuur bo 25ºC styg.

Lawine-energie E_A
Dit is hoeveel energie die MOSFET onder stortvloed voorwaardes kan weerstaan. Stortvloed vind plaas wanneer die maksimum riool-tot-bron spanning oorskry word, en huidige biesies deur die MOSFET. Dit beteken nie permanente skade solank die energie (krag x tyd) in die stortvloed veroorsaak nie meer as die maksimum.

Piekdiodeherstel, dv / dt
Dit is hoe vinnig die intrinsieke diode kan gaan van die af stand (reverse bevooroordeeld) om die op die staat (uitvoer). Dit hang af van hoeveel spanning was oor voordat dit aangeskakel. Vandaar die tyd wat dit neem, t = (truspanning / piek diode herstel).

DReën-tot-bron-afbreekspanning, V_DSS.
Dit is die maksimum spanning wat uit drein om die bron geplaas kan word wanneer die MOSFET is afgeskakel.

Termiese weerstand, θ_jc.
Vir meer inligting oor termiese weerstand, sien die hoofstuk oor sirenes.

Hekdrempelspanning, V_{GS (de)}
Dit is die minimum spanning wat nodig is tussen die hek en bron terminale om die MOSFET te draai. Dit sal meer as dit nodig om dit ten volle te draai.

Forward transconductance, g_fs
As die hek-bron spanning verhoog word, wanneer die MOSFET net begin om te draai, het dit 'n redelik liniêre verhouding tussen VGS en dreineer huidige. Hierdie parameter is eenvoudig (id / VGS) in hierdie lineêre artikel.

Invoerkapasiteit, C_ISS
Dit is die ruimtelike isoterme tussen die hek terminale en die bron en dreineer terminale. Die kapasitansie om die drein is die belangrikste.

Daar is 'n meer gedetailleerde inleiding tot MOSFETs in die Internasionale Gelykrigter Acrobat (PDF) dokument Power MOSFET Basics. Dit verklaar waar sommige van die parameters vandaan kom in terme van die konstruksie van die MOSFET.

2.2. Die maak van die keuse

Krag en hitte

Die krag wat die MOSFET sal moet worstel met is een van die grootste beslissende faktore. Die drywing in 'n MOSFET is die spanning oor dit keer die huidige gaan deur dit. Selfs al is dit skakel groot hoeveelhede krag, moet hierdie redelik klein wees, want óf die spanning oor dit is baie klein (skakelaar gesluit - MOSFET is op), of die huidige gaan deur dit baie klein (skakelaar oop - MOSFET is af). Die spanning oor die MOSFET wanneer dit op die weerstand van die MOSFET wees, Rds (op) keer die huidige gaan deeglike dit. Dit weerstand, RDSon, vir 'n goeie krag MOSFETs sal minder as 0.02 Ohm wees. Dan is die drywing in die MOSFET:

Vir 'n stroom van 40 Amps, RDSon van 0.02 Ohm, hierdie mag is 32 Watts. Sonder 'n koel, sou die MOSFET uitbrand dissipatie soveel krag. Die keuse van 'n koel is 'n onderwerp op sigself, wat is die rede waarom daar 'n hoofstuk gewy aan dit: sirenes.

Die on-weerstand is nie die enigste oorsaak van drywing in die MOSFET. Nog 'n bron vind plaas wanneer die MOSFET is die skakel tussen state. Vir 'n kort tydperk van die tyd, die MOSFET is half op en die ander helfte af. Gebruik dieselfde voorbeeld figure soos hierbo, kan die huidige wees teen die helfte van waarde, 20 Amps, en die spanning kan wees teen die helfte van waarde, 6 Volt terselfdertyd. Nou is die drywing is 20 × 6 = 120 Watts. Dit is egter die MOSFET net hierdie dissipatie vir die kort tydperk van die tyd dat die MOSFET is die skakel tussen state. Die gemiddelde drywing wat veroorsaak word deur hierdie is dus 'n baie minder, en is afhanklik van die relatiewe keer dat die MOSFET is skakel en nie oor te skakel. Die gemiddelde losbandigheid word gegee deur die vergelyking:

2.3. voorbeeld:

Probleem A MOSFET aangeskakel by 20kHz, en neem 1 micro om oor te skakel tussen state (op om af en af te op). Die toevoerspanning is 12v en die huidige 40 Amps. Bereken die gemiddelde skakel krag verloor, die aanvaarding van die spanning en stroom is teen die helfte van waardes tydens die oorskakeling tydperk.

Oplossing: Op 20kHz, is daar 'n MOSFET skakel voorkoms elke 25 mikrosekondes ( 'n skakelaar op elke 50 mikrosekondes, en 'n skakelaar af elke 50 mikrosekondes). Daarom is die verhouding van die skakel tyd om totale tyd is 1 / 25 = 0.04. Die drywing wanneer jy is (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Daarom is die gemiddelde skakel verlies is 120W x 0.04 = 4.8 Watts.

Enige drywing bo oor 1 Watt vereis dat die MOSFET is gemonteer op 'n koel. Drywingsmosfets kom in 'n verskeidenheid pakkette, maar gewoonlik 'n metaal blad wat geplaas teen die koel, en word gebruik om hitte weg van die MOSFET halfgeleier voer.

Die krag hantering van die pakket sonder 'n ekstra koel is baie klein. Op sommige MOSFETs, is die blad metaal verbind intern tot een van die MOSFET terminale - gewoonlik die drein. Dit is 'n nadeel as dit beteken dat jy meer as een MOSFET nie kan inpas by 'n koel sonder elektries isoleer die MOSFET pakket van die metaal koel. Dit kan gedoen word met 'n dun mica plate geplaas tussen die pakket en die koel. Sommige MOSFETs het die pakket geïsoleerd van die terminale, wat is beter. Aan die einde van die dag jou besluit is geneig om te wees wat gebaseer is in die prys egter!

2.3.1. dreineer huidige

MOSFETs is oor die algemeen geadverteer word deur hul maksimum drein huidige. Die advertensie blurb, en die lys funksies op die voorblad van die gegewensblad kan 'n deurlopende dreineer huidige, id, van 70 Amps, en 'n pulsed dreinstroom van 350 Amps haal. Jy moet baie versigtig wees met hierdie syfers wees. Hulle is nie van die algemene gemiddelde waardes, maar die maksimum die MOSFET sal dra onder die beste moontlike omstandighede. Om mee te begin, is hulle gewoonlik aangehaal vir gebruik op 'n pakket temperatuur van 25 ºC. Dit is hoogs onwaarskynlik as jy verby 70 Amps wat die geval sal steeds by 25ºC! In die datablad moet daar 'n grafiek van hoe hierdie syfer derates met toename in temperatuur wees.

Die pulsed drein stroom altyd aangehaal onder skakel toestande met die oorskakeling keer in 'n baie klein skrif aan die onderkant van die bladsy! Dit kan 'n maksimum pulswydte van 'n paar honderd mikrosekondes, en 'n dienssiklus (persentasie van die tyd op te AF) van net 2%, wat nie baie prakties wees. Vir meer inligting oor die huidige gradering van MOSFETs, 'n blik op hierdie Internasionale Gelykrigter dokument.

As jy 'n enkele MOSFET met 'n hoë genoeg maksimum dreinstroom nie kan kry nie, dan kan jy meer as een in parallel verbind. Sien later vir meer inligting oor hoe om dit te doen.

2.3.2. spoed

Jy sal in die gebruik van die MOSFET in 'n aangeskakel af om die spoed van die motors te beheer. Soos ons vroeër gesien het, hoe langer die MOSFET is in die staat, waar dit is nie op of af, hoe meer krag sal dit ontbind. Sommige MOSFETs is vinniger as ander. Die meeste moderne mense sal maklik vinnig genoeg om oor te skakel na 'n paar dekades van kHz wees, want dit is amper altyd hoe dit gebruik word. Op bladsy 2 van die datablad, moet jy kyk na die parameters Draai Opwarm Tyd, stygtyd, afdraai Delay Time en val Tyd. 229ns: As dit is al opgetel, sal dit jou die benaderde minimum vierkante golf tydperk wat gebruik kan word om hierdie MOSFET skakel gee. Dit verteenwoordig 'n frekwensie van 4.3MHz. Let daarop dat dit baie warm sou kry maar omdat dit 'n baie van sy tyd sou spandeer in die oorskakeling staat.

3. 'N Ontwerp voorbeeld

Om 'n idee van hoe om die parameters, en die grafieke in die gegewensblad kry, sal ons gaan deur 'n ontwerp voorbeeld:
Probleem: 'N Volledige brug spoed kontroleerder kring is ontwerp om 'n 12v motoriese beheer. Die skakel frekwensie moet wees bo die hoorbare limiet (20kHz). Die motor het 'n totale weerstand van 0.12 Ohm. Kies geskikte MOSFETs vir die brug kring, binne 'n redelike prys limiet, en stel 'n heatsinking wat nodig mag wees. Die omgewingstemperatuur word aangeneem dat 25ºC wees.

Oplossing: Kom ons kyk na die IRF3205 en kyk of dit geskik is. Eerste die drein huidige vereiste. Op stalletjie, sal die motor 12v / 0.12 Ohm = 100 Amps neem. Ons sal eers 'n raaiskoot op die kruising temperatuur, op 125ºC Ons moet vind wat die maksimum riool stroom op 125ºC eerste. Die grafiek van figuur 9 wys ons dat ten 125ºC, die maksimum riool stroom oor 65 Amps. Daarom 2 IRF3205s in parallel moet in staat in hierdie verband wees.

Hoeveel krag sal die twee parallelle MOSFETs word dissipatie? Kom ons begin met die drywing terwyl dit op en die motor tot stilstand gekom, of net begin. Dit is die huidige kwadraat keer die op-weerstand. Wat is RDS (op) te 125ºC? Figuur 4 toon hoe dit derated uit sy voorbladberig waarde van 0.008 Ohm, met 'n faktor van ongeveer 1.6. Daarom, ons aanvaar RDS (op) sal wees 0.008 x 1.6 = 0.0128. Daarom PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Hoeveel van die tyd sal die motor word óf oorreed of begin? Dit is onmoontlik om te sê, so ons sal moet raai. 20% van die tyd is nogal 'n konserwatiewe figuur - dit is waarskynlik 'n baie minder wees. Sedert die krag veroorsaak hitte, en die hitte geleiding is nogal 'n stadige proses, die effek van drywing geneig om ontslae gemiddeld oor 'n baie lang tydperke, in die omgewing van sekondes. Daarom kan ons derate die krag vereiste met die gekwoteer 20%, om te kom op 'n gemiddelde drywing van 32W x 20% = 6.4W.

Nou moet ons die drywing as gevolg van te skakel by te voeg. Dit sal plaasvind tydens die opkoms en val tye, wat in die Elektriese Eienskappe tabel as 100ns en 70ns onderskeidelik aangehaal. Die aanvaarding van die MOSFET bestuurder kan genoeg stroom na die vereistes van hierdie syfers te vervul (hek ry bron weerstand van 2.5 Ohm = pols uitset ry stroom van 12v / 2.5 Ohm = 4.8 Amps) verskaf, dan is die verhouding van die skakel tyd om gestadigde tyd is 170ns * 20kHz = 3.4mW wat negligable. Hierdie on-off tye is 'n bietjie kru egter vir meer inligting oor on-off tye, kyk hier.

Nou wat is die skakel vereistes? Die MOSFET bestuurder skip wat ons gebruik sal hanteer meeste van hierdie, maar sy moeite werd. Die heen-en-oor spanning, VGS (de), uit die grafieke van figuur 3 is net meer as 5 Volt. Ons het reeds gesien dat die bestuurder moet in staat wees om die bron 4.8 Amps vir 'n baie kort periode van tyd.

Nou wat van die koel. Wil jy dalk die hoofstuk oor sirenes lees voordat hierdie artikel. Ons wil hê dat die temperatuur vir die halfgeleier kruising hieronder 125ºC hou, en ons is vertel dat die omgewingstemperatuur is 25ºC. / 6.4 = 125 ºC / W - dus met 'n MOSFET dissipatie 25W gemiddeld die totale termiese weerstand moet minder as (6.4 15.6) wees. Die termiese weerstand van aansluiting by geval maak vir 0.75 ºC / W hiervan tipiese geval te koel waardes (met behulp van warm mengsel) is 0.2 ºC / W, wat 15.6 laat - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W vir die koel self. Sirenes van hierdie θjc waarde is baie klein en goedkoop. Let daarop dat dieselfde koel kan gebruik word vir beide MOSFETs aan die linkerkant van of aan die regterkant van die vrag in die H- brug, aangesien hierdie twee MOSFET's is nooit beide op dieselfde tyd, en so kan nooit albei dissipatie krag op dieselfde tyd. Die gevalle van hulle moet egter elektries geïsoleer wees. Sien die sirenes bladsy vir meer inligting oor die vereiste elektriese isolasie.

4. MOSFET bestuurders

Om 'n krag MOSFET te draai, moet die hek terminale ingestel word om 'n spanning ten minste 10 volts groter as die bron terminale (ongeveer 4 volts vir logika vlak MOSFETs). Dit is gemaklik bo die (de) parameter VGS.

Een kenmerk van krag MOSFETs is dat hulle 'n groot verdwaalde kapasitansie tussen die hek en die ander terminale, word afgelees dat Ciss. Die effek hiervan is dat wanneer die pols na die poort terminale kom, dit moet eers hierdie kapasitansie hef aan voor die hek spanning kan die 10 volts vereis bereik. Die hek terminale dan effektief plaasvind nie stroom. Daarom is die baan wat dryf die hek terminale moet in staat van die verskaffing van 'n redelike huidige sodat die verdwaalde kapasitansie so vinnig kan gehef word as moontlik wees. Die beste manier om dit te doen, is om 'n toegewyde MOSFET bestuurder chip gebruik.

Daar is 'n baie MOSFET bestuurder skyfies beskikbaar by verskeie maatskappye. Sommige word getoon met skakels na die datavelle in die tabel hieronder. Sommige vereis dat die MOSFET bron terminale word gegrond (vir die laer 2 MOSFETs in 'n volle brug of net 'n eenvoudige skakel kring). Sommige kan 'n MOSFET ry met die bron op 'n hoër spanning. Hulle het 'n on-chip beheer pomp, wat beteken dat hulle kan die 22 volts wat nodig is om die boonste MOSFET draai in 'n volle brifge op te wek. Die TDA340 beheer selfs die swicthing volgorde vir jou. Sommige kan soveel as 6 Amps huidige voorsien as 'n baie kort pols te hef aan die verdwaalde hek kapasitansie.

Vir meer inligting oor MOSFETs en hoe om dit te ry, Internasionale Gelykrigter het 'n stel van tegniese referate oor hul HEXFET reeks hier.

Dikwels sal jy 'n lae waarde weerstand tussen die MOSFET bestuurder en die MOSFET hek terminale sien. Dit is om te demp down enige lui ossillasies wat veroorsaak word deur die voortou induktansie en kapasitansie hek wat andersins die maksimum spanning toegelaat op die hek terminale kan oorskry. Dit vertraag ook die tempo waarteen die MOSFET draai op en af. Dit kan nuttig wees indien die intrinsieke diodes in die MOSFET nie vinnig genoeg draai op. Meer besonderhede van hierdie kan gevind word in die Internasionale Gelykrigter tegniese dokumente.

5. parallel MOSFETs

MOSFETs kan in parallel geplaas om die huidige hantering vermoë te verbeter. sluit net die hek, Bron en dreineer terminale saam. Enige aantal MOSFETs kan parallel, maar daarop dat die hek kapasitansie voeg as jy parallel meer MOSFETs, en uiteindelik die MOSFET bestuurder sal nie in staat wees om hulle te ry. Let daarop dat jy nie bipolêre transistors soos hierdie kan parellel. Die redes vir hierdie word in 'n tegniese papier hier.

Vorige:Wat is 'n MOSFET, wat beteken dat dit lyk soos en hoe werk dit?

volgende:FMUSER X01 FM Transmitter Bring Radio om oorloggeteisterde gebiede

Los 'n boodskap

boodskap Lys

Kommentaar word gelaai ...

produkte Kategorie

produkte Tags

Fmuser Sites

Wat is MOSFETs en MOSFET bestuurders?

Los 'n boodskap

boodskap Lys