1. Введення

МОП-транзистори в чотирьох різних типів. Вони можуть бути підвищення або режимі виснаження, і вони можуть бути N-каналом або каналом р-типу. Ми зацікавлені тільки в N-канальних МОН-транзисторів в режимі посилення, і вони будуть єдиними, хто говорив про тепер. Є також МОП-транзистори логічного рівня і нормальні МОП-транзистори. Ми можемо використовувати будь-який тип.

Термінал джерелом зазвичай є негативним, а дренажний позитивним (імена відносяться до витоком і стоком електронів). На малюнку вище показаний діод, підключений через МОП-транзистора. Цей діод називається "внутрішня діод", так як він вбудований в структуру кремнію польового МОП-транзистора. Це наслідок того, як силові МОП-транзистори створюються в шарах кремнію, і може бути дуже корисним. У більшості польових МОП архітектур, він розрахований на такий же струм, як і сам МОП-транзистора.

2. Вибір МОП-транзистора.

Для перевірки параметрів МОП-транзисторів, корисно мати зразок технічний паспорт в руки. натисніть тут відкрити технічний паспорт для International Rectifier IRF3205, який ми будемо мати на увазі. По-перше, ми повинні пройти через деякі основні параметри, які ми будемо мати справу з.

2.1. Параметри МОП-транзисторів

Про опір, R_{DS (на).}
Це опір між висновками витоку і стоку, коли МОП-транзистор відмикається повністю на.

Максимальний струм стоку, I_{d (маx).}
Це максимальний струм, який може витримати МОП-транзистор переході від стоку до витоку. Це в значній мірі визначається пакетом і РДС (на).

Розсіювання потужності, P_d.
Це максимальна здатність поглинання потужності МОП-транзистора, який в значній мірі залежить від типу пакета він знаходиться.

Лінійний понижуючий коефіцієнт.
Це скільки максимальний параметр розсіює потужність вище повинна бути зменшена на за ºC, так як температура піднімається вище 25ºC.

Енергія лавини E_A
Це скільки енергії МОП-транзистор може витримати в умовах лавинної. Лавина відбувається, коли максимальна напруга між стоком і витоком перевищена, і струм спрямовується через МОП-транзистора. Це не завдає непоправної шкоди до тих пір, як енергія (потужність х час) в лавині не перевищує максимум.

Пікове відновлення діодів, dv / dt
Це як швидко внутрішня діод може перейти з вимкненого стану (зворотний зсув) до включеного стану (ведення). Це залежить від того, скільки напруги було через нього, перш ніж він включений. Отже, час, витрачений, т = (зворотна напруга / пік відновлення діода).

Dнапруга пробою дощу до джерела, В_ДСС.
Це максимальне напруження, яке може бути поміщений від стоку до витоку, коли МОП-транзистор вимкнений.

Термічний опір, θ_jc.
Для отримання додаткової інформації про термостійкості, дивіться главу про радіатори.

Порогова напруга на затворі, В_{GS (а)}
Це мінімальне напруження, яке потрібно між затвором і витоком терміналів, щоб включити МОП-транзистор на. Для цього буде потрібно більше, ніж це, щоб перетворити його в повній мірі на.

Транспровідність вперед, g_fs
У міру збільшення напруги затвор-витік, коли МОП-транзистор тільки починає включається, він має досить лінійну залежність між Vgs і струму стоку. Цей параметр просто (Id / Vgs) в цьому лінійній ділянці.

Вхідна ємність, C_ISS
Це зосередженими ємність між висновками затвора і терміналами стоку і витоку. Ємність для каналізації є найбільш важливим.

Існує більш докладне ознайомлення з МОП-транзисторів в (PDF) документа International Rectifier Acrobat Основи харчування на МОП-транзисторах. Це пояснює, де деякі з параметрів походять з точки зору побудови MOSFET.

2.2. Роблячи свій вибір

Електроенергії та тепла

Сила, МОП-транзистор буде боротися з одним з головних вирішальних факторів. Потужність, що розсіюється в МОП-транзистора є напруга на ньому раз струм, що проходить через нього. Незважаючи на те, що перемикання велика кількість енергії, то це повинно бути досить малий, тому що або напруга на ньому дуже мало (перемикач замкнутий - польовий транзистор включений), або струм, що проходить через нього дуже мала (розімкнений - МОП-транзистор в вимкненому стані). Напруга на МОП-транзистора, коли він буде на опір МОП-транзистора, РДС (в) раз струм, що проходить ретельний він. Це опір, RDSon, для хороших МОП-транзисторів потужності буде менше 0.02 Ом. Тоді потужність, що розсіюється в МОП-транзистора є:

При струмі 40 амперах, RDSon від 0.02 Ом, ця потужність 32 Вт. Без радіатором, МОП-транзистор буде вигорають розсіювати цю велику владу. Вибір радіатора є суб'єктом сам по собі, тому є глава, присвячена цьому: тепловідводи.

На опір не є єдиною причиною розсіюється в МОП-транзистора. Інше джерело виникає, коли МОП-транзистор перемикання між станами. Протягом короткого періоду часу, МОП-транзистор складає половину від і половина геть. Використовуючи той же приклад цифри, як зазначено вище, струм може бути на половинне значення, 20 амперах, а напруга може бути на половинне значення, 6 вольта в той же час. Тепер розсіює потужність становить 20 × 6 = 120 Вт. Проте, МОП-транзистор розсіювати це тільки протягом короткого періоду часу, що МОП-транзистор перемикається між станами. Середня потужність втрат, викликані цим, отже, набагато менше, і залежить від відносного часу, що МОП-транзистор переходить і не перемикання. Розсіюване задається рівнянням:

2.3. приклад:

Проблема Підсилювач MOSFET включається в 20kHz, і приймає 1 мікросекунду для перемикання між станами (на вимкнений і геть на). Напруга харчування 12v і ток 40 Ампер. Обчислити середню втрату потужності перемикання, припускаючи, що напруга і струм в два рази нижче значень протягом періоду перемикання.

Рішення: У 20kHz, є поява МОП-транзистор перемикання кожні 25 мікросекунд (перемикач на кожні 50 мікросекунд і вимикання кожні 50 мікросекунд). Таким чином, ставлення перемикання часу загальний час 1 / 25 = 0.04. Розсіюється при перемиканні є (12v / 2) х (40A / 2) = 120 Вт. Тому середні втрати перемикання 120W х 0.04 = 4.8 Вт.

Будь-яке розсіювання потужності вище приблизно 1 Ватт вимагає, щоб МОП-транзистор встановлений на радіаторі. Силові МОП-транзистори бувають різних пакетів, але як правило, мають металевий виступ, який поміщається на радіаторі, і використовується для відводу тепла від польового МОП-напівпровідника.

Комутовану потужність пакета без додаткової тепловідвід дуже малий. На деяких MOSFETs вкладка метал внутрішньо з'єднана з одним з терміналів Mosfets - зазвичай стоком. Це є недоліком, оскільки це означає, що ви не можете помістити більше одного МОП-транзистор з радіатором без електричної ізоляції пакета MOSFET від металевого радіатора. Це може бути зроблено з тонкими листами слюди, поміщених між упаковкою і радіатором. Деякі польові МОП-транзистори мають пакет ізольований від терміналів, що краще. В кінці дня ваше рішення може бути засноване на ціні, однак!

2.3.1. споживаний струм

МОП-транзистори, як правило, рекламують їх максимальний струм стоку. Реклама анотацію і список можливостей на передній частині технічного опису може процитувати безперервний струм стоку, Id, з 70 амперах, а імпульсний струм стоку 350 амперах. Ви повинні бути дуже обережні з цими цифрами. Вони не є загальні середні значення, але максимум МОП-транзистор буде нести в найкращих можливих умовах. Для початку, вони, як правило, вказані для використання при температурі пакета 25 ºC. Вкрай малоймовірно, коли ви передаєте 70 Ампер, що справа все одно буде на 25ºC! У технічному описі повинен бути представлений графік, як ця цифра derates зі збільшенням температури.

Імпульсний струм стоку завжди цитував при перемиканні умов з часом перемикання в дуже невеликому письмовому вигляді в нижній частині сторінки! Це може бути максимальна ширина імпульсу пари сотень мікросекунд, а робочий цикл (відсоток часу ВКЛ ВИКЛ) тільки 2%, що не дуже практично. Для отримання додаткової інформації про поточні рейтингах MOSFETs, погляньте на цей документ International Rectifier.

Якщо ви не можете знайти жодного MOSFET з досить високим максимальним струмом стоку, то ви можете підключити більше одного паралельно. Дивіться пізніше для отримання інформації про те, як це зробити.

2.3.2. швидкість

Ви будете використовувати MOSFET в комутованій режимі для управління швидкістю обертання двигунів. Як ми бачили раніше, тим довше, що МОП-транзистор знаходиться в стані, коли вона не є ні ні вимкнений, тим більше енергії він буде розсіюватися. Деякі польові МОП-транзистори працюють швидше, ніж інші. Більшість сучасних з них легко буде досить швидко, щоб переключитися на кілька десятків кГц, так як це майже завжди, як вони використовуються. На сторінці 2 в технічному описі, ви повинні побачити параметри Turn-On Delay Time, час наростання, затримки вимкнення Час і спаду. Якщо вони все підсумовуються, це дасть вам приблизний мінімальний період прямокутних імпульсів, які можна було б використовувати для перемикання цей МОП-транзистор: 229ns. Це являє собою частоту 4.3MHz. Зверніть увагу, що було б отримати дуже жарко, хоча, тому що він буде витрачати багато свого часу в перемиканні стану.

3. Дизайн приклад

Щоб отримати деяке уявлення про те, як використовувати параметри, а також графіки в технічному описі, ми будемо проходити через дизайн, наприклад:
Проблема: Схема регулятора швидкості повний міст призначений для управління двигуном 12v. Частота комутації повинна бути вище звуковий межа (20kHz). Двигун має повне опір 0.12 Омасі. Виберіть відповідні для МОП-транзисторів мостової схеми, в розумних межах ціни, і запропонувати будь-які heatsinking, які можуть знадобитися. Температура навколишнього середовища вважається 25ºC.

Рішення: Давайте подивимося на IRF3205 і подивитися, якщо він підходить. Спочатку струм стоку вимога. У кіоску, двигун буде приймати 12v / 0.12 Ом = 100 Ампер. Спочатку ми зробимо припущення при температурі переходу, на 125ºC Ми повинні знайти те, що максимальний струм стоку в 125ºC в першу чергу. Графік фігури 9 показує нам, що в 125ºC, максимальний струм стоку становить близько 65 амперах. Тому 2 IRF3205s паралельно повинні бути здатні в цьому відношенні.

Скільки енергії буде дві паралельні МОП-транзистори будуть розсіювати? Почнемо з розсіюється в той час як і двигун заглох, або тільки починається. Тобто в даний час Квадрати раз на опір. Що таке RDS (на) в 125ºC? Малюнок 4 показує, як він знижений від його першій сторінці значення 0.008 Ом, з коефіцієнтом близько 1.6. Тому ми припускаємо, RDS (ON) буде 0.008 х 1.6 = 0.0128. Тому PD = 50 х 50 х 0.0128 = 32 Вт. Скільки часу буде мотор буде або застопорився або почати? Це неможливо сказати, так що ми повинні вгадати. 20% часу досить консервативна цифра - це, ймовірно, буде набагато менше. Так як сила викликає високу температуру, а теплопровідність досить повільний процес, вплив дисипації потужності, як правило, отримати усредняется досить тривалих періодів часу, в області секунд. Тому ми можемо знижуйте енергоспоживання з цитованого 20%, щоб прийти до середньої потужності, що розсіюється 32W х 20% = 6.4W.

Тепер ми повинні додати потужності, що розсіюється за рахунок переключення. Це буде відбуватися під час підйому і спаду, які вказані в таблиці Електричні характеристики 100ns і 70ns відповідно. Якщо припустити, що драйвер MOSFET може забезпечити достатній струм для виконання вимог цих фігур (опір затвора джерела приводу, 2.5 Ом = вихід приводу імпульсний струм 12v / 2.5 Ома = 4.8 амперах), то відношення часу переходу на стаціонарному режимі часу 170ns * 20kHz = 3.4mW який negligable. Ці відсічні тайминги трохи сирої, однак, для отримання додаткової інформації про двохпозиційний раз, дивіться тут.

Тепер те, що вимоги до комутаційні? Корабель драйвер MOSFET ми використовуємо впорається з більшістю з них, але його перевірка варто. Напруга включення, Vgs (й), з графіків рис 3 трохи більше 5 вольта. Ми вже бачили, що водій повинен бути в змозі джерела 4.8 Ампер протягом дуже короткого періоду часу.

Тепер щодо радіатором. Ви можете прочитати главу про радіатори до цього розділу. Ми хочемо, щоб підтримувати температуру для напівпровідникового переходу нижче 125ºC, і ми говорили про те, що температура навколишнього середовища 25ºC. Таким чином, з МОП-транзистора розсіює 6.4W в середньому, загальна тепловий опір має бути менше, ніж (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / Вт. Тепловий опір від переходу до випадку становить для 0.75 ° С / Вт цього, типовий випадок для значень радіатором (з використанням термопасти) є 0.2 ºC / Вт, що залишає 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ° C / Вт для самого радіатора. Охолоджувачі цього θjc значення дуже малі і дешево. Слід зазначити, що такий же тепловідвід може використовуватися для обох польових МОП-транзисторів, розташованих зліва від або праворуч від навантаження на мосту H-, так як ці два МОП-транзистори ніколи не як на в той же час, і тому ніколи не можуть бути обидва розсіювання потужності в той же самий час. Випадки них повинні бути електрично ізольовані, однако. Дивіться сторінку радіаторами для отримання додаткової інформації про необхідної електричної ізоляції.

4. драйвери на МОП-транзисторах

Щоб включити силовий МОП-транзистор на термінал затвора повинен бути встановлений на напругу, по крайней мере, 10 вольта більше, ніж вихідний термінал (близько 4 вольт для МОП-транзисторів логічного рівня). Це зручно над параметром Vgs (й).

Однією з особливостей силових МОП-транзистора є те, що вони мають велику паразитную ємність між затвором і інші термінали, СНПЧ. Результатом цього є те, що, коли імпульс до терміналу затвора надходить, він повинен спочатку зарядити цю ємність перед затворного напруги може досягати 10 вольт потрібно. Термінал ворота потім ефективно дійсно приймає струм. Тому схема, яка приводить в дію контактний висновок затвора повинен бути здатний подавати розумний ток таким чином, паразитная ємність може заряджатися так швидко, як це можливо. Кращий спосіб зробити це, щоб використовувати спеціальний чіп драйвера MOSFET.

Є багато чіпів драйвера MOSFET доступні з декількох компаній. Деякі з них показані з посиланнями на довідкових даних в таблиці нижче. Деякі з них вимагають джерела МОП-транзистор термінал повинен бути заземлений (для нижніх 2 МОП-транзисторів в повному мосту або просто просту схему перемикання). Деякі з них можуть управляти МОП-транзистор з джерелом на більш високу напругу. Вони мають на чіпі підкачки заряду, що означає, що вони можуть генерувати 22 вольт, необхідні для включення верхнього МОП-транзистора в повному brifge на. TDA340 навіть контролює послідовність swicthing для вас. Деякі з них можуть постачати стільки, скільки 6 амперах струму протягом дуже короткого імпульсу для зарядки паразитної ємності затвора.

Для отримання додаткової інформації про MOSFETs і як керувати ним, International Rectifier має ряд технічних документів по їх діапазоні HEXFET тут.

Часто ви побачите низьке значення опору між драйвером MOSFET і терміналом MOSFET воріт. Це, щоб послабити вниз будь-викличних коливання, викликані свинцем індуктивності і ємності затвора, яка в іншому випадку може перевищувати максимально допустиме напруження на терміналі затвора. Він також уповільнює швидкість, з якою МОП-транзистор вмикається і вимикається. Це може бути корисно, якщо внутрішні діоди в МОП-транзистора не включається досить швидко. Більш детальна інформація про це можна знайти в технічних документах International Rectifier.

5. розпаралелювання MOSFETs

МОП-транзистори можуть бути розміщені паралельно, щоб підвищити допустимий струм. Просто приєднатися до Gate, витоком і стоком термінали разом. Будь-яка кількість МОП-транзисторів можуть бути підключені паралельно, але зверніть увагу, що ворота ємності додає вгору, як ви паралельно більше MOSFETs, і в кінцевому підсумку драйвер MOSFET не зможе керувати ними. Зверніть увагу, що ви не можете Parellel біполярних транзисторів, як це. Причини цього обговорюються в офіційному документі тут.

Попередня:Що таке МОП-транзистор, що ж це виглядає, і як це працює?

далі:FMUSER X01 FM-передавач приносить радіо в зруйнованих війною районах

Залишити повідомлення

список повідомлень

Коментарі Завантаження ...