Selezione del tubo di commutazione del pacchetto MOSFET e schemi elettrici

Il primo passo è fare una selezioneMOSFET, che sono disponibili in due tipi principali: canale N e canale P. Nei sistemi di alimentazione, i MOSFET possono essere considerati interruttori elettrici. Quando viene aggiunta una tensione positiva tra il gate e il source di un MOSFET a canale N, il suo interruttore conduce. Durante la conduzione, la corrente può fluire attraverso l'interruttore dallo scarico alla sorgente. Esiste una resistenza interna tra lo scarico e la sorgente chiamata resistenza attiva RDS(ON). Deve essere chiaro che il gate di un MOSFET è un terminale ad alta impedenza, quindi al gate viene sempre aggiunta una tensione. Questa è la resistenza verso terra a cui è collegato il cancello nello schema elettrico presentato di seguito. Se il cancello viene lasciato penzolante, il dispositivo non funzionerà come previsto e potrebbe accendersi o spegnersi in momenti inopportuni, con conseguente potenziale perdita di potenza nel sistema. Quando la tensione tra la sorgente e il gate è pari a zero, l'interruttore si spegne e la corrente smette di fluire attraverso il dispositivo. Anche se a questo punto il dispositivo è spento, è ancora presente una piccola corrente, chiamata corrente di dispersione o IDSS.

Passaggio 1: scegli canale N o canale P

Il primo passo nella scelta del dispositivo corretto per un progetto è decidere se utilizzare un MOSFET a canale N o P. in una tipica applicazione di potenza, quando un MOSFET è messo a terra e il carico è collegato alla tensione di alimentazione, quel MOSFET costituisce l'interruttore laterale a bassa tensione. In un interruttore laterale a bassa tensione, un canale NMOSFETdovrebbe essere utilizzato tenendo conto della tensione richiesta per spegnere o accendere il dispositivo. Quando il MOSFET è collegato al bus e il carico è messo a terra, è necessario utilizzare l'interruttore laterale ad alta tensione. In questa topologia viene solitamente utilizzato un MOSFET a canale P, sempre per considerazioni di azionamento della tensione.

Passaggio 2: determinare la valutazione attuale

Il secondo passo è selezionare la valutazione corrente del MOSFET. A seconda della struttura del circuito, questa corrente nominale dovrebbe essere la corrente massima che il carico può sopportare in tutte le circostanze. Analogamente al caso della tensione, il progettista deve garantire che il MOSFET selezionato possa sopportare questa corrente nominale, anche quando il sistema genera correnti di picco. I due casi attuali considerati sono la modalità continua e i picchi di impulso. Questo parametro si basa sulla SCHEDA TECNICA del tubo FDN304P come riferimento ed i parametri sono mostrati in figura:

Nella modalità di conduzione continua, il MOSFET è in stato stazionario, quando la corrente scorre continuamente attraverso il dispositivo. I picchi di impulsi si verificano quando c'è una grande quantità di picchi (o picchi di corrente) che fluiscono attraverso il dispositivo. Una volta determinata la corrente massima in queste condizioni, si tratta semplicemente di selezionare direttamente un dispositivo in grado di sopportare questa corrente massima.

Dopo aver selezionato la corrente nominale è necessario calcolare anche la perdita di conduzione. In pratica, ilMOSFETnon è il dispositivo ideale, perché nel processo conduttivo si verificherà una perdita di potenza, chiamata perdita di conduzione. MOSFET in "on" come una resistenza variabile, determinata dall'RDS del dispositivo (ON), e con la temperatura e cambiamenti significativi. La dissipazione di potenza del dispositivo può essere calcolata da Iload2 x RDS(ON) e poiché la resistenza varia con la temperatura, la dissipazione di potenza varia proporzionalmente. Maggiore è la tensione VGS applicata al MOSFET, minore sarà l'RDS(ON); viceversa maggiore sarà l'RDS(ON). Per il progettista del sistema, è qui che entrano in gioco i compromessi a seconda della tensione del sistema. Per i progetti portatili è più semplice (e più comune) utilizzare tensioni più basse, mentre per i progetti industriali è possibile utilizzare tensioni più elevate. Si noti che la resistenza RDS(ON) aumenta leggermente con la corrente. Le variazioni dei vari parametri elettrici della resistenza RDS(ON) possono essere trovate nella scheda tecnica fornita dal produttore.

Passaggio 3: determinare i requisiti termici

Il passo successivo nella scelta di un MOSFET è calcolare i requisiti termici del sistema. Il progettista deve considerare due diversi scenari, il caso peggiore e il caso vero. Si consiglia il calcolo dello scenario peggiore perché questo risultato fornisce un margine di sicurezza maggiore e garantisce che il sistema non fallisca. Ci sono anche alcune misurazioni di cui tenere conto sulla scheda tecnica del MOSFET; come la resistenza termica tra la giunzione del semiconduttore del dispositivo confezionato e l'ambiente e la temperatura massima di giunzione.

La temperatura di giunzione del dispositivo è uguale alla temperatura ambiente massima più il prodotto della resistenza termica e della dissipazione di potenza (temperatura di giunzione = temperatura ambiente massima + [resistenza termica × dissipazione di potenza]). Da questa equazione si può risolvere la massima potenza dissipabile del sistema, che è per definizione pari a I2 x RDS(ON). Poiché il personale ha determinato la corrente massima che passerà attraverso il dispositivo, è possibile calcolare RDS(ON) per temperature diverse. È importante notare che quando si ha a che fare con modelli termici semplici, il progettista deve considerare anche la capacità termica della giunzione del semiconduttore/involucro del dispositivo e del contenitore/ambiente; cioè è necessario che il circuito stampato e il contenitore non si riscaldino immediatamente.

Di solito, un PMOSFET, sarà presente un diodo parassita, la funzione del diodo è quella di impedire la connessione inversa source-drain, per PMOS, il vantaggio rispetto a NMOS è che la sua tensione di accensione può essere 0 e la differenza di tensione tra il La tensione DS non è molta, mentre la condizione NMOS richiede che il VGS sia maggiore della soglia, il che porterà la tensione di controllo inevitabilmente maggiore della tensione richiesta e si verificheranno problemi inutili. PMOS viene scelto come interruttore di controllo per le seguenti due applicazioni:

La temperatura di giunzione del dispositivo è uguale alla temperatura ambiente massima più il prodotto della resistenza termica e della dissipazione di potenza (temperatura di giunzione = temperatura ambiente massima + [resistenza termica × dissipazione di potenza]). Da questa equazione si può risolvere la massima potenza dissipabile del sistema, che è per definizione pari a I2 x RDS(ON). Poiché il progettista ha determinato la corrente massima che passerà attraverso il dispositivo, è possibile calcolare RDS(ON) per temperature diverse. È importante notare che quando si ha a che fare con modelli termici semplici, il progettista deve considerare anche la capacità termica della giunzione del semiconduttore/involucro del dispositivo e del contenitore/ambiente; cioè è necessario che il circuito stampato e il contenitore non si riscaldino immediatamente.

Osservando questo circuito, il segnale di controllo PGC controlla se V4.2 fornisce o meno alimentazione a P_GPRS. Questo circuito, i terminali source e drain non sono collegati al contrario, R110 e R113 esistono nel senso che la corrente del gate di controllo R110 non è troppo grande, R113 controlla il gate del normale, R113 pull-up ad alto, a partire da PMOS , ma può anche essere visto come un pull-up sul segnale di controllo, quando i pin interni dell'MCU e il pull-up, ovvero l'uscita del drain aperto quando l'uscita è a drain aperto, e non può spegnere il PMOS, in questo momento è necessario fornire tensione esterna al pull-up, quindi il resistore R113 svolge due ruoli. Sarà necessaria una tensione esterna per fornire il pull-up, quindi il resistore R113 svolge due ruoli. r110 può essere più piccolo, anche fino a 100 ohm.