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MOS管精确挑选的步调

2015-03-03  信息根源:  检察:1230

MOS管精确挑选的步调

精确挑选MOS管是很重要的一个环节,MOS管挑选欠好有可能影响到全部电路的服从和本钱,理解差别的MOS管部件的渺小不同及差别开关电路中的应力可以帮忙工程师防止诸多成绩,上面我们去进修下MOS管的精确的挑选办法。

第一步:选用N沟道仍是P沟道
 
  为计划挑选精确器件的第一步是决议接纳N沟道仍是P沟道MOS管。正在典范的功率利用中,当一个MOS管接地,而负载毗连到支线电压上时,该MOS管便组成了高压侧开关。正在高压侧开关中,应接纳N沟道MOS管,那是出于对封闭或导通器件所需电压的思量。当MOS管毗连到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。凡是会正在这个拓扑中接纳P沟道MOS管,那也是出于对电压驱动的思量。
 
  要挑选得当利用的器件,必需肯定驱动器件所需的电压,和正在计划中最浅易履行的办法。下一步是肯定所需的额定电压,大概器件所能接受的最大电压。额定电压越年夜,器件的本钱就越下。按照实践经验,额定电压该当大于支线电压或总线电压。这样才能供给充足的庇护,使MOS管不会生效。便挑选MOS管而言,必需肯定漏极至源极间大概接受的最大电压,即最大VDS。晓得MOS管能接受的最大电压会随温度而变革这点十分重要。设计人员必需正在全部工作温度范围内测试电压的变革范畴。额定电压必需有充足的余量笼盖这个变革范畴,确保电路不会生效。计划工程师必要思量的其他宁静身分包罗由开关电子设备(如机电或变压器)引发的电压瞬变。差别利用的额定电压也有所不同;凡是,便携式装备为20V、FPGA电源为20~30V、85~220VAC利用为450~600V。
 
  第二步:肯定额定电流
 
  第二步是挑选MOS管的额定电流。视电路布局而定,该额定电流应是负载正在全部环境下可以接受的最大电流。取电压的环境类似,设计人员必需确保所选的MOS管能接受这个额定电流,即便正在体系发生尖峰电流时。两个思量的电流环境是持续形式和脉冲尖峰。正在持续导通形式下,MOS管处于稳态,此时电流持续经过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦肯定了这些条件下的最大电流,只需间接挑选能接受这个最大电流的器件便可。
 
  选好额定电流后,借必需计较导通消耗。正在实际情况下,MOS管其实不是抱负的器件,由于正在导电历程中会有电能消耗,那称之为导通消耗。MOS管正在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的RDS(ON)所肯定,并随温度而明显变革。器件的功率消耗可由Iload2×RDS(ON)计较,因为导通电阻随温度变革,是以功率消耗也会随之按比例变革。对MOS管施加的电压VGS越下,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对体系设计人员来讲,那就是取决于体系电压而必要折衷衡量的处所。对便携式计划来讲,接纳较低的电压比力简单(较为遍及),而对工业设计,可采用较下的电压。留意RDS(ON)电阻会跟着电流稍微上升。关于RDS(ON)电阻的各类电气参数变革可正在制造商供给的技术资料表中查到。
 
  技能对器件的特性有着庞大影响,由于有些技能正在进步最大VDS时常常会使RDS(ON)增大。对如许的技能,假如筹算低落VDS和RDS(ON),那么便得增添晶片尺寸,从而增添与之配套的封装尺寸及相干的开辟本钱。业界现有好几种试图节制晶片尺寸增添的技能,此中最主要的是沟道和电荷均衡技能。
 
  正在沟道技能中,晶片中嵌入了一个深沟,凡是是为低电压预留的,用于低落导通电阻RDS(ON)。为了淘汰最大VDS对RDS(ON)的影响,开辟历程中接纳了内涵发展柱/蚀刻柱工艺。比方,飞兆半导体开辟了称为SupeRFET的技能,针对RDS(ON)的低落而增添了分外的制造步调。这类对RDS(ON)的存眷十分重要,由于当尺度MOSFET的击穿电压降低时,RDS(ON)会随之呈指数级增添,而且招致晶片尺寸增大。SuperFET工艺将RDS(ON)取晶片尺寸间的指数干系酿成了线性干系。如许,SuperFET器件便可正在小晶片尺寸,乃至正在击穿电压到达600V的环境下,实现抱负的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%。而对最终用户来讲,那意味着封装尺寸的大幅减小。
 
  第三步:肯定热要求
 
  挑选MOS管的下一步是计较体系的散热要求。设计人员必需思量两种差别的环境,即最坏环境和真实情况。倡议接纳针对最坏环境的计较成果,由于这个成果供给更大的宁静余量,能确保体系不会生效。正在MOS管的材料表上还有一些必要留意的丈量数据;比方封装器件的半导体结取情况之间的热阻,和最大的结温。
 
  器件的结温即是最大环境温度加上热阻取功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。按照这个方程可解出体系的最大功率耗散,即按界说相等于I2×RDS(ON)。因为设计人员已肯定将要经过器件的最大电流,是以能够计算出差别温度下的RDS(ON)。值得留意的是,正在处置简朴热模子时,设计人员借必需思量半导体结/器件外壳及外壳/情况的热容量;即要求印刷电路板和封装不会当即升温。
 
  雪崩击穿是指半导体器件上的反向电压超越最大值,并构成强电场使器件内电流增添。该电流将耗散功率,使器件的温度降低,并且有可能破坏器件。半导体公司都市对器件举行雪崩测试,计较其雪崩电压,或对器件的妥当性举行测试。计较额定雪崩电压有两种办法;一是统计法,另外一是热计较。而热计较由于较为适用而获得遍及接纳。除计较中,技能对雪崩效应也有很大影响。比方,晶片尺寸的增添会进步抗雪崩本领,终极进步器件的妥当性。对最终用户而言,那意味着要正在体系中接纳更大的封装件。
 
  第四步:决议开关机能
 
  挑选MOS管的末了一步是决议MOS管的开关机能。影响开关机能的参数有良多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会正在器件中发生开关消耗,由于正在每次开关时都要对它们充电。MOS管的开关速度是以被低落,器件服从也降落。为计较开关历程中器件的总消耗,设计人员必需计较开通历程中的消耗(Eon)和封闭历程中的消耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可用以下方程表达:Psw=(Eon+Eoff)×开关频次。而栅极电荷(Qgd)对开闭机能的影响最大。


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