Seleção de tubo de comutação de pacote MOSFET e diagramas de circuito

O primeiro passo é fazer uma seleçãoMOSFETs, que vêm em dois tipos principais: canal N e canal P. Em sistemas de energia, os MOSFETs podem ser considerados interruptores elétricos. Quando uma tensão positiva é adicionada entre a porta e a fonte de um MOSFET de canal N, sua chave conduz. Durante a condução, a corrente pode fluir através da chave do dreno para a fonte. Existe uma resistência interna entre o dreno e a fonte chamada resistência de ligação RDS(ON). Deve ficar claro que a porta de um MOSFET é um terminal de alta impedância, portanto uma tensão é sempre adicionada à porta. Esta é a resistência ao terra à qual o portão está conectado no diagrama de circuito apresentado posteriormente. Se o portão ficar pendurado, o dispositivo não funcionará conforme projetado e poderá ligar ou desligar em momentos inoportunos, resultando em potencial perda de energia no sistema. Quando a tensão entre a fonte e a porta é zero, a chave é desligada e a corrente para de fluir através do dispositivo. Embora o dispositivo esteja desligado neste ponto, ainda há uma pequena corrente presente, chamada corrente de fuga, ou IDSS.

Etapa 1: Escolha o canal N ou canal P

O primeiro passo na seleção do dispositivo correto para um projeto é decidir se deseja usar um MOSFET de canal N ou de canal P. em uma aplicação de energia típica, quando um MOSFET está aterrado e a carga está conectada à tensão do tronco, esse MOSFET constitui a chave lateral de baixa tensão. Em uma chave lateral de baixa tensão, um canal NMOSFETdeve ser usado devido à consideração da tensão necessária para desligar ou ligar o dispositivo. Quando o MOSFET está conectado ao barramento e a carga está aterrada, a chave lateral de alta tensão deve ser usada. Um MOSFET de canal P é normalmente usado nesta topologia, novamente para considerações de acionamento de tensão.

Etapa 2: determinar a classificação atual

A segunda etapa é selecionar a classificação atual do MOSFET. Dependendo da estrutura do circuito, esta corrente nominal deve ser a corrente máxima que a carga pode suportar em todas as circunstâncias. Semelhante ao caso da tensão, o projetista deve garantir que o MOSFET selecionado possa suportar esta classificação de corrente, mesmo quando o sistema estiver gerando picos de corrente. Os dois casos atuais considerados são modo contínuo e picos de pulso. Este parâmetro é baseado no tubo FDN304P DATASHEET como referência e os parâmetros são mostrados na figura:

No modo de condução contínua, o MOSFET está em estado estacionário, quando a corrente flui continuamente através do dispositivo. Picos de pulso ocorrem quando há uma grande quantidade de surto (ou pico de corrente) fluindo através do dispositivo. Uma vez determinada a corrente máxima sob estas condições, é simplesmente uma questão de selecionar diretamente um dispositivo que possa suportar esta corrente máxima.

Depois de selecionar a corrente nominal, você também deve calcular a perda por condução. Na prática, oMOSFETnão é o dispositivo ideal, pois no processo condutivo haverá perda de potência, que é chamada de perda de condução. MOSFET no “on” como uma resistência variável, determinada pelo RDS do dispositivo (ON), e com a temperatura e alterações significativas. A dissipação de potência do dispositivo pode ser calculada a partir de Iload2 x RDS(ON), e como a resistência ligada varia com a temperatura, a dissipação de potência varia proporcionalmente. Quanto maior a tensão VGS aplicada ao MOSFET, menor será o RDS(ON); inversamente, maior será o RDS(ON). Para o projetista do sistema, é aqui que entram em jogo as compensações, dependendo da tensão do sistema. Para projetos portáteis, é mais fácil (e mais comum) usar tensões mais baixas, enquanto para projetos industriais podem ser usadas tensões mais altas. Observe que a resistência RDS(ON) aumenta ligeiramente com a corrente. As variações nos diversos parâmetros elétricos do resistor RDS(ON) podem ser encontradas na ficha técnica fornecida pelo fabricante.

Etapa 3: Determinar os requisitos térmicos

A próxima etapa na seleção de um MOSFET é calcular os requisitos térmicos do sistema. O projetista deve considerar dois cenários diferentes, o pior caso e o caso verdadeiro. O cálculo para o pior cenário é recomendado porque este resultado proporciona uma maior margem de segurança e garante que o sistema não irá falhar. Existem também algumas medições que você deve conhecer na folha de dados do MOSFET; tais como a resistência térmica entre a junção semicondutora do dispositivo embalado e o ambiente, e a temperatura máxima da junção.

A temperatura da junção do dispositivo é igual à temperatura ambiente máxima mais o produto da resistência térmica e da dissipação de potência (temperatura da junção = temperatura ambiente máxima + [resistência térmica × dissipação de potência]). A partir desta equação pode ser resolvida a dissipação máxima de potência do sistema, que é por definição igual a I2 x RDS(ON). Como o pessoal determinou a corrente máxima que passará pelo dispositivo, o RDS(ON) pode ser calculado para diferentes temperaturas. É importante notar que ao lidar com modelos térmicos simples, o projetista também deve considerar a capacidade térmica da junção/caixa do dispositivo semicondutor e da caixa/ambiente; ou seja, é necessário que a placa de circuito impresso e a embalagem não aqueçam imediatamente.

Normalmente, em um PMOSFET, haverá um diodo parasita presente, a função do diodo é evitar a conexão reversa fonte-dreno, para PMOS, a vantagem sobre NMOS é que sua tensão de ligação pode ser 0, e a diferença de tensão entre o A tensão DS não é muito, enquanto o NMOS na condição exige que o VGS seja maior que o limite, o que fará com que a tensão de controle seja inevitavelmente maior que a tensão necessária e haverá problemas desnecessários. O PMOS é escolhido como chave de controle para as duas aplicações a seguir:

A temperatura da junção do dispositivo é igual à temperatura ambiente máxima mais o produto da resistência térmica e da dissipação de potência (temperatura da junção = temperatura ambiente máxima + [resistência térmica × dissipação de potência]). A partir desta equação pode ser resolvida a dissipação máxima de potência do sistema, que é por definição igual a I2 x RDS(ON). Como o projetista determinou a corrente máxima que passará pelo dispositivo, o RDS(ON) pode ser calculado para diferentes temperaturas. É importante notar que ao lidar com modelos térmicos simples, o projetista também deve considerar a capacidade térmica da junção/caixa do dispositivo semicondutor e da caixa/ambiente; ou seja, é necessário que a placa de circuito impresso e a embalagem não aqueçam imediatamente.

Normalmente, em um PMOSFET, haverá um diodo parasita presente, a função do diodo é evitar a conexão reversa fonte-dreno, para PMOS, a vantagem sobre NMOS é que sua tensão de ligação pode ser 0, e a diferença de tensão entre o A tensão DS não é muito, enquanto o NMOS na condição exige que o VGS seja maior que o limite, o que fará com que a tensão de controle seja inevitavelmente maior que a tensão necessária e haverá problemas desnecessários. O PMOS é escolhido como chave de controle para as duas aplicações a seguir:

Olhando para este circuito, o sinal de controle PGC controla se V4.2 fornece ou não energia para P_GPRS. Este circuito, os terminais fonte e dreno não estão conectados ao reverso, R110 e R113 existem no sentido de que a corrente da porta de controle R110 não é muito grande, R113 controla a porta do normal, R113 pull-up para alto, a partir do PMOS , mas também pode ser visto como um pull-up no sinal de controle, quando os pinos internos do MCU e pull-up, ou seja, a saída do dreno aberto quando a saída é dreno aberto, e pode Para não desligar o PMOS, neste momento, é necessário aumentar a tensão externa, portanto o resistor R113 desempenha duas funções. Será necessária uma tensão externa para dar o pull-up, então o resistor R113 desempenha duas funções. r110 pode ser menor, até 100 ohms também.