1. Úvod

MOSFETy prichádzajú v štyroch rôznych typov. Môžu byť prehĺbenie alebo režim vyčerpania, a môžu byť n-kanálový alebo p-kanál. Máme záujem len o n-kanálových režim povznesenie MOSFETy, a tie budú jediní, kto hovoril o odteraz. Existujú tiež MOSFET logické úrovne a normálne MOSFET. Môžeme použiť oba typy.

Zdrojom terminál je zvyčajne negatívne, a odtok je pozitívny (názvy odkazujú k zdroju a odvod elektrónov). Diagram hore ukazuje diódu pripojenú cez MOSFET. Táto dióda sa nazýva "vnútorné dióda", pretože je postavený do štruktúry kremíka MOSFET. Je to dôsledok toho, ako výkonové MOSFET sú vytvorené vo vrstvách kremíka, a môže byť veľmi užitočné. Vo väčšine MOSFET architektúr, že je dimenzované na rovnaký prúd ako samotný MOSFET.

2. Výber MOSFET.

Ak chcete skontrolovať parametre MOSFET, to je užitočné mať vzorka list do ruky. kliknite tu otvoriť list pre International Rectifier IRF3205, ktorý budeme odkazovať na. Najprv musíme prejsť niektoré z charakteristických parametrov, ktoré budeme zaoberať.

2.1. MOSFET Parametre

Na odpor, R_{ds (v).}
To je odpor medzi zdrojom a odtokom terminály, keď je MOSFET zapnutý plne na.

Maximálny odtokový prúd, I_{d (max).}
To je maximálny prúd, ktorý MOSFET môže stať prechodu z mozgov do zdroja. To je do značnej miery daná balíček a RDS (on).

Strata výkonu, P_d.
Ide o maximálny prenos výkonu MOSFET, ktorý do značnej miery závislá na type obalu sa nachádza.

Lineárny koeficient zníženie prúdu.
To je, ako moc nad maximálny parameter stratový výkon musí byť znížené o per ° C, kým teplota stúpne nad 25ºC.

Lavínová energia E_A
To je, koľko energie MOSFET vydržia pod lavínové podmienok. Avalanche nastane, keď je prekročená maximálna odtok-to-zdroj napätia a prúdu ponáhľa cez MOSFET. To nespôsobí trvalé poškodenie tak dlho, kým energia (energia x času) v lavíne nepresahuje maximum.

Špičková obnova diódy, dv / dt
To je, ako rýchlo sa vnútorné dióda môže ísť z vypnutom stave (reverznej neobjektívny) a zapnutom stave (dirigovanie). Záleží na tom, koľko bolo napätie cez to, ako sa zapne. Preto je doba, t = (dióde napätie / peak reverznej).

Dprierazné napätie dážď-zdroj, V_DSS.
To je maximálne napätie, ktoré môžu byť umiestnené medzi kolektorom a emitorom, keď je MOSFET vypnutý.

Tepelný odpor, θ_jc.
Pre viac informácií o tepelnom odpore, pozri kapitolu chladiča.

Prahové napätie brány, V_{GS (th)}
Toto je minimálne napätie požadované medzi hradlom a terminálmi zdroje otočiť MOSFET ďalej. Bude potrebovať viac než to pre jeho zapnutie plne ďalej.

Dopredná transkonduktancia, napr_fs
Vzhľadom k tomu, gate-zdroj napätia sa zvyšuje, keď sa MOSFET sa ešte len začína zapnúť, že má pomerne lineárny vzťah medzi VGS a vypúšťací prúd. Tento parameter je jednoducho (Id / VGS) v tejto lineárnej časti.

Vstupná kapacita, C_iss
Jedná sa o koncentrovaný kapacitné medzi bránou terminálom a zdrojom a odtokom terminálov. Kapacitný k odpadu je najdôležitejšie.

K dispozícii je podrobnejšie zoznámenie s MOSFETy v dokumente (PDF) International Rectifier Acrobat Základy Power MOSFET. To vysvetľuje, odkiaľ niektoré parametre pochádzajú z hľadiska konštrukcie MOSFET.

2.2. tvorba výber

Elektriny a tepla

Sila, že MOSFET bude musieť vysporiadať s je jedným z hlavných rozhodujúcich faktorov. Moc rozptýli v MOSFET je napätie cez to násobku prúd prechádza to. Aj keď je spínacia veľké množstvo energie, malo by to byť pomerne malá, pretože buď napätie cez to je veľmi malý (spínač je uzavretý - MOSFET je on), alebo prúd prechádza, je veľmi malý (spínač otvorený - MOSFET je off). Napätie naprieč MOSFET, kedy je na bude odpor MOSFET, RDS (on) násobku aktuálne deje dôkladná to. Tento odpor, Rdson, dobré výkonové MOSFETy bude nižšia ako 0.02 ohmov. Potom sila rozptýli v MOSFET je:

Pre prúdu 40 ampér, Rdson z 0.02 ohmov, táto sila je 32 Watts. Bez chladiča, MOSFET by vyhorieť pohlcovať toto množstvo energie. Výber chladič je téma samo o sebe, čo je dôvod, prečo tam je kapitola venovaná nej: chladiča.

On-odpor nie je jedinou príčinou stratový výkon v MOSFET. Ďalším zdrojom nastane, keď je MOSFET prepínanie medzi jednotlivými štátmi. Po krátke časové obdobie, MOSFET je polovica na polovice a vypnutie. Použitie rovnakého prípadu čísla ako je uvedené vyššie, prúd môže byť na polovičnú hodnotu, 20 A., a môže byť napätie na polovičnú hodnotu, 6 voltov v rovnakom čase. Teraz je stratový výkon je 20 6 x = 120 Watts. Avšak, MOSFET je pohlcovať iba to za krátku dobu, že MOSFET je prepínanie medzi jednotlivými štátmi. Priemerná strata výkonu spôsobená tým je teda oveľa menej, a závisí na relatívnych čias, kedy MOSFET so spínacími a nie prepínanie. Priemerný rozptyl je daný rovnicou:

2.3. Príklad:

Problém MOSFET je prepnutý na 20kHz, a berie 1 mikrosekundu možné prepínať medzi stavmi (k off a vypnutím zapnuté). Napájacie napätie je 12v a prúd 40 Amps. Výpočtu priemernej straty spínacie energie, za predpokladu, že napätie a prúd sú v polovičnej hodnoty počas prevádzanie.

Riešenie: V 20kHz, že je MOSFET spínacia výskyt každej 25 mikrosekundy (spínač na každej 50 mikrosekúnd a vypnutie každých 50 mikrosekúnd). Z tohto dôvodu, je pomer doba prepnutie do celkovej doby je 1 / 25 = 0.04. Stratový výkon pri prepínaní je (12v / 2) x (40 / 2) = 120 Watts. Preto je priemerná strata prepínanie je 120W x = 0.04 4.8 Watts.

Akýkoľvek stratový výkon vyšší ako asi 1 W vyžaduje, aby sa MOSFET je namontovaný na chladič. Výkonové MOSFET prichádzajú v rôznych balíčkov, ale zvyčajne majú kovový výstupok, ktorý je umiestnený proti chladiča, a slúži na odvádzanie tepla z MOSFET polovodiče.

Manipulácia sila obalu bez extra chladiča je veľmi malá. V niektorých MOSFETy, kovovú západku je pripojený interne k jednému z terminálov MOSFETy - obvykle odpadu. To je nevýhoda, pretože to znamená, že môžete nezmestí viac než jeden MOSFET s chladičom bez elektricky izolovať balíček MOSFET od kovového chladiča. To môže byť vykonané s tenkými plechmi sľudy umiestnených medzi balíčkom a chladič. Niektoré MOSFETy majú balíček izolované zo svoriek, čo je lepšie. Na konci dňa vaše rozhodnutie bude pravdepodobne založený v cene však!

2.3.1. drain prúd

MOSFETy sú všeobecne propagujú podľa ich maximálnej vypúšťací prúdu. Reklama reklama a zoznam funkcií na prednej strane listu môže citovať nepretržitý prúd mozgov, ID z 70 ampér, a impulzný vypúšťací prúd 350 ampér. Musíte byť veľmi opatrní s týmito číslami. Nie sú všeobecné priemerné hodnoty, avšak maximálna MOSFET bude vykonávať za najlepších podmienok. Pre začiatok, sa zvyčajne spomenie pre použitie pri teplote balík z 25 ° C. Je vysoko nepravdepodobné, že keď odovzdávate 70 Amps, že to tak bude aj naďalej v 25ºC! V manuáli by mal byť graf toho, ako toto číslo derates so zvyšujúcou sa teplotou.

Pulzný vypúšťací prúd je vždy uvádzané pod spínacie podmienok s spínacích časov vo veľmi malom písanie v dolnej časti stránky! To môže byť maximálna šírka impulzu pár sto mikrosekúnd, a pomer (percento času ON do polohy OFF) iba 2%, čo nie je príliš praktické. Pre viac informácií o aktuálnej rating MOSFETy, sa pozrieť na tomto dokumente International Rectifier.

Ak nemôžete nájsť jediný MOSFET s dostatočne vysokú maximálnu vypúšťací prúdu, potom môžete pripojiť viac ako jeden paralelne. Viď ďalej informácie o tom, ako to urobiť.

2.3.2. rýchlosť

Budete používať MOSFET v prepínané režime kontrolovať rýchlosť motorov. Ako sme videli skôr, čím dlhšie, že MOSFET je v stave, kedy nie je ani na ani off, tým viac energie to rozptýli. Niektoré MOSFETy sú rýchlejšie ako ostatné. Väčšina z nich moderné, ľahko dostatočne rýchlo prejsť na niekoľkých desiatok kHz, pretože to je takmer vždy, ako sú používané. Na stránke 2 z manuálu, mali by ste vidieť parametre Turn-On Delay Time, Rise Time, Turn-Off Delay Time a Fall Time. Ak sú všetky sčítajú, bude vám približný minimálny obdĺžnikový obdobie, ktoré by mohli byť použité na prepnutie tohto MOSFET: 229ns. To predstavuje frekvenciu 4.3MHz. Všimnite si, že by sa dostať aj keď veľmi horúci, pretože to by trávia veľa svojho času na prepnutie stavu.

3. design príklad

Ak chcete získať predstavu o tom, ako používať parametre a grafy v liste, budeme prejsť napríklad dizajn:
Problém: Regulátor rýchlosti okruh plný most je určený na ovládanie motora 12v. Spínacia frekvencia musí byť nad zvukovým limit (20kHz). Motor má celkový odpor 0.12 ohmov. Vyberte si vhodné MOSFETy na mostíku, v rozumných medziach cien a navrhnúť nejaké heatsinking ktoré môžu byť vyžadované. Okolitá teplota sa predpokladá 25ºC.

Riešenie: Pozrime sa na IRF3205 a uvidíme, či je vhodná. Prvý vypúšťací súčasný požiadavku. Na stánku bude motor trvať 12v / 0.12 100 ohmov = Amps. Budeme najprv vykonať odhad pri teplote križovatke, na 125ºC Musíme nájsť to, čo je maximálny odtok prúd je 125ºC prvý. Grafu na obr 9 nám ukazuje, že pri 125ºC maximálny vypúšťací prúd je asi 65 zosilňovača. Preto 2 IRF3205s paralelne by malo byť možné v tomto ohľade.

Koľko energie sa obe paralelné MOSFETy bude rozptyľovať? Začnime s stratový výkon, zatiaľ čo na a motorom zastavil, alebo práve začína. Že je aktuálna štvorcové krát na odpor. Čo je to RDS (on) pri 125ºC? Obr 4 ukazuje, ako je znížený zo svojej predná strana hodnoty 0.008 Ohmov, o faktor asi 1.6. Z tohto dôvodu sa domnievame, RDS (on) bude 0.008 1.6 x = 0.0128. Preto PD = 50 50 x x = 0.0128 32 Watts. Koľko času bude motor buď zastavil alebo spustenie? To je nemožné povedať, takže budeme musieť hádať. 20% času je pomerne konzervatívny postava - je pravdepodobné, že bude oveľa menej. Vzhľadom k tomu, sila pôsobí teplo, a vedenie tepla je pomerne pomalý proces, je účinok stratový výkon má tendenciu, aby sa v priemere cez pomerne dlhé časové obdobie, v oblasti sekúnd. Preto môžeme znížte požiadavka na výkon sa citované 20%, aby sa dosiahli priemerné výkonová strata 32W x 20% = 6.4W.

Teraz musíme pridať výkon spotrebovaný v dôsledku prepínania. Tým dôjde počas vzostupu a pádu časy, ktoré sú uvedené v tabuľke elektrických vlastností ako 100ns a 70ns resp. Za predpokladu, že vodič MOSFET môže dodávať dostatok prúdu, aby splnil požiadavky týchto čísel (gate zdroj pohonu odpor 2.5 Ohm = pulzný výstup hnacieho prúdu 12v / 2.5 ohmov = 4.8 ampéry), potom pomer spínací čas, aby v ustálenom stave je čas 170ns * 20kHz = 3.4mW čo je zanedbateľný. Tieto on-off časovanie sú trochu surové však pre viac informácií o on-off časy, nájdete tu.

A teraz, čo sú požiadavky na spínacie? Vodič MOSFET loď používame poradí s väčšinou z nich, ale jeho kontrola stojí za to. Na turn-on napätie VGS (th), z grafu na obrázku 3 len niečo málo cez 5 voltov. Už sme videli, že vodič by mal byť schopný získavať 4.8 Amps po veľmi krátku dobu.

A teraz čo chladiča. Možno budete chcieť prečítať kapitolu o chladičov pred tomto oddiele. Chceme udržať teplotu pre polovodičový križovatky pod 125ºC, a nám bolo povedané, že je okolitá teplota 25ºC. Preto, s MOSFET rozptyľujúceho 6.4W v priemere celkový tepelný odpor musí byť nižšia ako (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ° C / W. Tepelný odpor od križovatky k prípadu dobieha 0.75 ° C / W z toho, typický prípad k hodnotám odvodu tepla (s využitím tepelnej zlúčeniny) sú 0.2 ° C / W, čo ponecháva 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W pre samotný chladič. Chladiče tohto θjc hodnoty sú pomerne malé a lacné. Všimnite si, že rovnaké chladič môže byť použitý ako pre MOSFETy naľavo alebo napravo od bremena v H-mostíka, pretože tieto dva MOSFETy sú nikdy to ako v rovnakom čase, a preto nemožno nikdy oba pohlcovať energiu na rovnaký čas. Prípady z nich musí byť elektricky izolované však. Pozrite sa na stránku chladenie pre viac informácií o požadovanom elektrickú izoláciu.

4. ovládače MOSFET

Zapnutie zariadenia MOSFET na, musí byť brána terminál nastaviť na napätie minimálne 10 voltov väčší ako zdrojový terminál (asi 4 V pre MOSFET logické úrovne). To je pohodlne nad parametra VGS (th).

Jedným z rysov elektrární MOSFET je, že majú veľký zblúdilý kapacitné medzi bránou a ostatných svoriek, CISS. Účinok toho je, že keď sa impulz k bráne terminálu príde, musí najprv nabiť táto kapacita, než napätie hradla môže dosiahnuť 10 voltov potrebné. Brána Terminál potom dokáže efektívne nemá trvať prúd. Preto je obvod, ktorý poháňa brána terminál by mal byť schopný dodávať rozumný prúd tak, aby rozptylové kapacita možné nabíjať tak rýchlo, ako je to možné. Najlepší spôsob, ako to dosiahnuť, je použiť špecializovaný čip ovládače MOSFET.

Existuje veľa MOSFET čipy ovládače k dispozícii od niekoľkých spoločností. Niektoré z nich sú zobrazené s odkazmi na listoch v nižšie uvedenej tabuľke. Niektoré vyžadujú zdroj MOSFET terminál má byť uzemnená (pre nižšie 2 MOSFETy v plnom mosta, alebo len jednoduchý spínacie obvod). Niektoré môžu riadiť MOSFET so zdrojom na vyššie napätie. Tie majú na čipe nabíjacie čerpadlo, čo znamená, že môžu generovať 22 voltov potrebné otočiť hornej MOSFET v plnej brifge ďalej. TDA340 dokonca riadi swicthing sekvenciu pre vás. Niektoré môžu dodávať toľko ako 6 zosilňovače prúd ako veľmi krátkeho pulzu účtovať až zblúdilý kapacitné brány.

Pre viac informácií o MOSFETy a ako je riadiť, International Rectifier má súbor technických dokumentov o ich rozsah HEXFET tu.

Často uvidíte hodnotu odpor nízky medzi vodičom MOSFET a MOSFET brány terminálu. To je tlmiť si všetky vyzváňacie oscilácie spôsobené olovom indukčné a kapacitné brány, ktoré môžu inak prekročiť maximálnu povolenú napätia na bráne terminálu. To tiež spomaľuje rýchlosť, ktorú otočí MOSFET zapnúť a vypnúť. To môže byť užitočné v prípade, že vnútorné diódy v MOSFET nezapne dostatočne rýchlo. Ďalšie podrobnosti možno nájsť v technickej dokumentácii International Rectifier.

5. paralelizovat MOSFETy

MOSFET môže byť umiestnená paralelne na zlepšenie existujúcej schopnosti manipulácie. Jednoducho pripojiť k bráne, zdrojom a odtokom terminály dohromady. Akýkoľvek počet MOSFET môže byť paralelne, ale na vedomie, že brána kapacitné spočíta, ako si paralelný MOSFETy viac, a nakoniec vodič MOSFET nebude môcť riadiť. Všimnite si, že nemôžete Paralelné bipolárnych tranzistorov ako je táto. Dôvody tohto sú popísané v technickom dokumente tu.

Predchádzajúce:Čo je to MOSFET, aké to vyzerá, a ako to funguje?

Ďalšie:FMUSER X01 FM Transmitter prináša Radio na vojnových oblastiach

Zanechajte správu

zoznam správ

Komentáre Loading ...

výrobky Kategórie

produkty Značky

Fmuser Sites

Čo sú ovládače MOSFET a MOSFET?

Zanechajte správu

zoznam správ