1. Въведение

MOSFET-идват в четири различни вида. Те могат да бъдат режим изчерпване повишаване или и те могат да бъдат N-канал или р-канал. Ние се интересуваме само от п-канален режим Подобрение на MOSFET транзисторите, и те ще бъдат единствените, които говориха за от сега нататък. Има и MOSFETs логика ниво и нормални MOSFET транзисторите. Ние можем да използваме един от двата типа.

Терминалът за източник е нормално негативното единия, а в канала е положително (имената се позовават на източника и източването на електрони). Диаграмата по-горе показва диод свързан целия MOSFET. Това диод се нарича "вътрешен диод", тъй като тя е вградена в силициев структурата на MOSFET на. Това е следствие от начина на мощност MOSFET транзисторите са създадени в слоевете на силиций, и може да бъде много полезен. В повечето MOSFET архитектури, той е класиран в същото ток, колкото и самата MOSFET.

2. Избор на MOSFET.

За да се проучи параметрите на MOSFET транзисторите, че е полезно да има фиш проба на ръка. Кликнете тук за отваряне на фиш за International Rectifier IRF3205, които ние ще се отнасят до. Първо ние трябва да мине през някои от най-характерните параметри, които ние ще се занимават с.

2.1. MOSFET Параметри

Относно съпротивлението, R_{DS (на).}
Това е съпротивлението между клемите на източника и водосточни когато MOSFET е включен изцяло върху.

Максимален ток на източване, I_{г (max).}
Това е максималният ток, че MOSFET може да устои, минаваща от изтичане на източника. Тя се определя до голяма степен от пакета и RDS (на).

Разсейване на мощността, P_d.
Това е максималната мощност обработка способността на MOSFET, която силно зависи от вида на пакета е инча

Linear фактор декласиране.
Това е колко максимална величина на разсейване на мощност-горе, трябва да се намали с един ºC, като температурата се повиши над 25ºC.

Лавинна енергия Е_A
Това е колко енергия на MOSFET може да издържи при условия лавина. Avalanche се случва, когато максималното напрежение източване-да-източник е превишена, и сегашната втурва през MOSFET. Това не доведе до трайно увреждане толкова дълго, колкото енергия (мощност х време) в лавината не надвишава максимума.

Пиково възстановяване на диоди, dv / dt
Това е колко бързо присъщата диод може да отиде от разстояние държавата (обратна предубедени) до включено състояние (провеждане). Тя зависи от това колко много напрежение беше в него, преди да го включи. Следователно отделили време, т = (обратно напрежение / връх възстановяване диод).

Dнапрежение на пробив при дъжд към източник, V_DSS.
Това е максималното напрежение, което може да бъде поставен от дрейн към сорс, когато MOSFET е изключен.

Термично съпротивление, θ_jc.
За повече информация за термична устойчивост, виж главата за радиатори.

Напрежение на прага на портата, V_{GS (ия)}
Това е минималното напрежение изисква между порта и източник терминали, за да включите MOSFET нататък. Тя ще трябва повече от това, за да го превърне изцяло върху.

Предаване на напрежение напред, g_fs
Както напрежението на порта-източник се увеличава, когато MOSFET е само началото, за да включите, то е доста линейна връзка между Vgs и източване ток. Този параметър е просто (Id / Vgs) в линеен участък.

Входящ капацитет, C_МКС
Това е същински капацитет между терминала на порта и изводите на източника и източване. Капацитетът на канала е най-важното.

Има по-подробно запознаване с MOSFET транзисторите в International Rectifier Acrobat (PDF) документ Power MOSFET Основи. Това обяснява къде са някои от параметрите от гледна точка на изграждането на MOSFET.

2.2. Осъществяване на избора

Мощност и топлина

Силата, че MOSFET ще трябва да се бори с е един от най-големите решаващите фактори. Мощността, разсейвана в MOSFET е напрежението в него пъти токът минава през него. Въпреки че това е преминаването на големи количества енергия, това трябва да бъде сравнително малък, тъй като или напрежението в него е много малък (ключа е затворен - MOSFET е включена), или токът минава през него е много малък (превключвател е отворен - MOSFET е изключване). Напрежението в MOSFET, когато тя е на ще бъде съпротивата на MOSFET, Rds (на) пъти на тока ще задълбочено него. Тази устойчивост, RDSon, за добра мощност MOSFET транзисторите ще бъде по-малко от 0.02 ома. Тогава мощността, разсейвана в MOSFET е:

За ток от 40 ампера, RDSon на 0.02 ома, тази мощност е 32 Уотс. Без радиатор, на MOSFET ще изгори за разсейване на тази много власт. Избор на радиатор е тема, само по себе си, което е защо има глава, посветена на него: радиатори.

В по-съпротивление не е единствената причина за разсейване на мощност в MOSFET. Друг източник се случва, когато MOSFET е превключване между държавите. За кратък период от време, на MOSFET е половината от и половина разстояние. Като се използват същите цифри, като например по-горе, на ток може да бъде на половината стойност, 20 ампера и напрежението може да бъде на половината стойност, 6 волта в същото време. Сега на разсейвана мощност е 20 × 6 = 120 Уотс. Въпреки това, на MOSFET се разсейва само това за краткия период от време, че MOSFET е превключване между държавите. Следователно средната разсейване на мощност, причинена от това е много по-малко, и зависи от относителните времена, че MOSFET е преминаването и не преминават. Средната разсейването се дава с уравнението:

2.3. Пример:

Проблем А MOSFET е включен в 20kHz, и отнема 1 микросекунда да превключвате между държави (за да се изключва и на разстояние до по). Захранващото напрежение е 12v и текущата 40 ампера. Изчислява се средната загуба превключване мощност, ако приемем, че напрежението и тока са в стойности половина по време на периода на преминаване.

Решение: В 20kHz, има MOSFET превключване поява на всеки 25 микросекунди (превключвател на всеки 50 микросекунди, и изключване на всеки 50 микросекунди). Следователно, съотношението на време за превключване към общото време е 1 / 25 = 0.04. разсейване на мощност при превключване е (12v / 2) х (40A / 2) = 120 Уотс. Следователно средната загуба на превключване е 120W х 0.04 = 4.8 Уотс.

Всеки разход на енергия по-горе за 1 Watt изисква MOSFET е монтиран на радиатора. Силови MOSFET транзисторите се предлагат в разнообразие от пакети, но обикновено имат метална раздела, който е поставен срещу радиатора, и се използват за провеждане на топлината от полупроводника на MOSFET.

Работа с мощност от пакета без допълнително радиатор е много малък. На някои MOSFET транзисторите, раздела метал е свързан вътрешно към един от изводите на MOSFETs - обикновено в канала. Това е недостатък, тъй като това означава, че не могат да се поберат повече от един MOSFET за радиатор без електрическо изолиране пакет MOSFET от метал радиатора. Това може да стане с тънки слюда листове, поставени между пакета и радиатор. Някои MOSFETs имат пакет изолиран от терминалите, което е по-добре. В края на деня, вашето решение е вероятно да се основава на цените обаче!

2.3.1. Drain ток

MOSFET транзистори обикновено са рекламирани от тяхната максимална източване ток. реклама отправка В, и списъка с характеристики на лицевата страна на листа с данни могат да цитирам непрекъснато изтичане на ток, Id, на 70 ампера, и импулсна източване ток на 350 ампера. Трябва да сте много внимателни с тези цифри. Те не са общите средни стойности, но максимума на MOSFET ще извършва при възможно най-добри условия. За начало, те обикновено се цитира за използване при температура пакет от 25 ºC. Това е много малко вероятно, когато се преминава 70 ампера, че делото все още ще бъде в 25ºC! В листа с данни трябва да има графика на това как тази цифра derates с повишаване на температурата.

импулсна източване ток е винаги цитира под превключване условия с комутационни времена в много малък писане в долната част на страницата! Това може да е с максимална ширина на импулса на няколко стотин микросекунди, и коефициент на запълване (процент от време, за да OFF) на само 2%, което не е много практичен. За повече информация относно текущите рейтинги на MOSFET транзисторите, имат поглед към този документ International Rectifier.

Ако не можете да намерите и един MOSFET с достатъчно висок максимален изтичане на ток, а след това можете да се свържете повече от един паралелно. Вижте по-късно за информация за това как да направите това.

2.3.2. скорост

Вие ще бъдете с помощта на MOSFET в включен режим за контрол на скоростта на двигателите. Както видяхме по-рано, толкова по-дълго, че MOSFET е в държавата, където то не е нито за, нито изключва, толкова повече енергия ще се разсее. Някои MOSFET транзисторите са по-бързи, отколкото други. Повечето съвременни хора лесно ще бъде достатъчно бързо, за да превключите в няколко десетки кХц, тъй като това е почти винаги, как те се използват. На страница 2 на фиша, трябва да видите параметрите възбуждаща Delay Time, Rise Time, Turn-Off Delay Time и Fall Time. Ако всичко това се добавя, тя ще ви даде приблизителна минимум квадратен периода вълна, която може да бъде използвана, за да преминете този MOSFET: 229ns. Това представлява честота на 4.3MHz. Имайте предвид, че тя ще получи много горещо, защото все пак, че ще прекарват много време е в превключване състояние.

3. A дизайн например

За да получите някаква представа за това как да се използват параметрите и графиките във фиша, ние ще мине през един пример дизайн:
Проблем: A пълен мост скорост контролер верига е предназначен за управление на 12v мотор. Честотата на превключване трябва да бъде над нивото на звуковия граница (20kHz). Моторът е с обща устойчивост на 0.12 ома. Изберете подходящи MOSFETs за мостовата схема, в рамките на разумен срок на цената, и предполага някакви heatsinking, че може да се изисква. Температурата на околната среда се приема за 25ºC.

Решение: Нека да разгледаме най IRF3205 и да видим дали той е подходящ. Първо източване ток изискване. На щанд, двигателят ще се 12v / 0.12 ома = 100 ампера. Ние първо ще се направи предположение, при температура на кръстовище, при 125ºC Ние трябва да намерим това, което максимално източване ток е най-125ºC първия. Графиката на фигура 9 ни показва, че най-125ºC, максималната източване ток е около 65 ампера. Затова 2 IRF3205s паралелно трябва да са способни в това отношение.

Колко мощност на двата паралелни MOSFETs ще се разсейва? Да започнем с разсейване на енергия, като същевременно ON и мотора в застой, или само началото. Това е най-актуалните квадрат на по-резистентност. Какво е RDS (на) при 125ºC? Фигура 4 показва как тя е била намалявана от своята първа страница стойност на 0.008 ома, с коефициент от около 1.6. Ето защо, ние приемаме, RDS (на) ще бъдат 0.008 х 1.6 = 0.0128. Затова PD = 50 х 50 х 0.0128 = 32 Уотс. Каква част от времето ще мотора или да бъде в застой, или като се започне? Това е невъзможно да се каже, така че ние ще трябва да се отгатне. 20% от времето е доста консервативна фигура - това е вероятно да бъде много по-малко. Тъй като силата предизвиква топлина, и провеждането на топлина е доста бавен процес, ефекта на разсейването на мощност има тенденция да се средно над доста дълги периоди от време, в района на секунди. Ето защо можем да намалете изискването за захранване с цитиран 20%, за да се стигне до средна мощност разсейване на 32W х 20% = 6.4W.

Сега ние трябва да добавите разсейвана мощност поради превключване. Това ще се случи по време на възход и падение пъти, които са цитирани в таблицата с електрически характеристики, 100ns и 70ns съответно. Ако приемем, че на водача MOSFET може да предостави достатъчно ток, за да се изпълнят изискванията на тези цифри (порта съпротива задвижващ източник на 2.5 ома = импулсен изход диск ток на 12v / 2.5 ома = 4.8 ампера), тогава съотношението на време за превключване на равновесни концентрации време е 170ns * 20kHz = 3.4mW който е negligable. Тези по-разстояние тайминги са малко груби обаче, за повече информация за включване-изключване пъти, вижте тук.

Сега какви са изискванията за превключване? Корабът на MOSFET драйвер ние използваме, ще се справят с повечето от тях, но неговата стойност проверка. На търна-на напрежение, Vgs (та), от графиките на фигура 3 е малко над 5 волта. Вече видяхме, че водачът трябва да бъде в състояние да доставя 4.8 ампера за много кратък период от време.

Сега какво да кажем за радиатора. Вие може да искате да прочетете главата за радиатори преди тази секция. Ние искаме да се запази температурата на кръстовището полупроводникови долу 125ºC, и ние сме били казал, че температурата на околната среда е 25ºC. Ето защо, с MOSFET разсейва 6.4W средно общото термично съпротивление трябва да е по-малко от (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. Термичната устойчивост от кръстовище до случай прави за 0.75 ºC / W от това, типичен случай за радиатор стойности (с помощта на топлинна съединение) са 0.2 ºC / W, което оставя 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W за самия радиатор. Радиатори на този θjc стойност са доста малки и евтини. Имайте предвид, че същото радиатора може да се използва както за MOSFET-наляво или надясно на товара в моста Н, тъй като тези две MOSFETs никога и двете са в същото време, и така никога не може едновременно да се разсейва мощност по същото време. Случаите на тях трябва да са електрически изолирани обаче. Вижте страницата на радиатори за повече информация относно необходимата електрическа изолация.

4. MOSFET драйвери

За включване на захранването MOSFET върху, терминал порта трябва да се настрои на напрежение най-малко 10 волта по-голяма от терминала на източник (около 4 волта за MOSFETs логическо ниво). Това е удобно по-горе (ия) параметъра Vgs.

Една особеност на мощност MOSFET транзисторите е, че те имат голям бездомни капацитет между портата и на други терминали, CISS. Ефектът от това е, че когато пулса към терминала за врата пристига, тя първо трябва да се зарежда този капацитет до преди портата напрежение може да достигне волта на 10 необходими. Терминалът за врата след това ефективно взема ток. Затова веригата, която управлява терминала на порта трябва да е в състояние да осигурява разумен ток така бездомните капацитет може да се зарежда до възможно най-бързо. Най-добрият начин да направите това е да използвате специален MOSFET драйвер чип.

Има много на MOSFET чипове водача на разположение от няколко фирми. Някои от тях са показани с линкове към техническите фишове в таблицата по-долу. Някои изискват MOSFET източник терминал да бъде заземен (за по-ниските 2 MOSFET транзисторите в пълен мост или просто една проста смяна на верига). Някои може да управлява MOSFET с източника на по-високо напрежение. Те имат такса помпа по-чип, което означава, че те могат да генерират волта на 22 изисква да се превърне в горната MOSFET в пълен brifge нататък. The TDA340 дори контролира последователността swicthing за вас. Някои може да достави колкото 6 ампера ток като много кратък импулс за зареждане на бездомни портата капацитет.

За повече информация относно MOSFETs и как да ги карам, International Rectifier има набор от технически документи за тяхното HEXFET гама тук.

Често ще видите резистор ниска стойност между водача на MOSFET и терминала на MOSFET порта. Това е, за да се навлажни надолу всякакви звънене трептения, причинени от водещия индуктивност и портата капацитет, който в противен случай може да надвишава максималното напрежение позволи на терминала на порта. Той също така забавя скоростта, при която MOSFET се включва и изключва. Това може да бъде полезно, ако присъщите диоди в MOSFET не включват достатъчно бързо. Повече подробности за това могат да бъдат намерени в техническите документи International Rectifier.

5. паралелно MOSFETs

MOSFET транзистори могат да бъдат поставени в паралел за подобряване на сегашното способността боравене. Просто се присъединят към Gate, Източника и източване терминалите заедно. Всеки брой на MOSFET транзисторите може да бъде паралелно, но имайте предвид, че на капацитет порта добавя до колкото паралелно повече MOSFET транзисторите, и в крайна сметка водачът на MOSFET не ще бъде в състояние да ги управлява. Имайте предвид, че не можете да parellel биполярни транзистори, като този. Причините за това са разгледани в техническа хартия тук.

Предишна:Какво е MOSFET, какво ти прилича, и как работи той?

Следващия:FMUSER X01 FM трансмитер Носи Radio да разкъсваната от войната райони

Остави съобщение

Списък на ЛС

Коментари Loading ...