Pontos de seleção MOSFET

A escolha deMOSFETé muito importante, uma má escolha pode afetar o uso de energia de todo o circuito, dominar as nuances dos diferentes componentes e parâmetros do MOSFET em diferentes circuitos de comutação pode ajudar os engenheiros a evitar muitos problemas, a seguir estão algumas das recomendações de Guanhua Weiye para a seleção de MOSFETs.

Primeiro, canal P e canal N

A primeira etapa é determinar o uso de MOSFETs de canal N ou canal P. em aplicações de energia, quando um MOSFET está aterrado e a carga está conectada à tensão do tronco, oMOSFETconstitui um interruptor lateral de baixa tensão. Na comutação do lado de baixa tensão, geralmente são usados ​​MOSFETs de canal N, o que leva em consideração a tensão necessária para desligar ou ligar o dispositivo. Quando o MOSFET está conectado ao barramento e ao aterramento da carga, uma chave lateral de alta tensão é usada. MOSFETs de canal P são geralmente usados, devido a considerações de acionamento de tensão. Para selecionar os componentes corretos para a aplicação, é importante determinar a tensão necessária para acionar o dispositivo e quão fácil é implementá-la no projeto. A próxima etapa é determinar a tensão nominal necessária ou a tensão máxima que o componente pode suportar. Quanto maior a classificação de tensão, maior será o custo do dispositivo. Na prática, a tensão nominal deve ser maior que a tensão do tronco ou barramento. Isto fornecerá proteção suficiente para que o MOSFET não falhe. Para a seleção do MOSFET, é importante determinar a tensão máxima que pode ser suportada do dreno até a fonte, ou seja, o VDS máximo, por isso é importante saber que a tensão máxima que o MOSFET pode suportar varia com a temperatura. Os projetistas precisam testar a faixa de tensão em toda a faixa de temperatura operacional. A tensão nominal precisa ter margem suficiente para cobrir essa faixa e garantir que o circuito não falhe. Além disso, outros fatores de segurança precisam ser considerados transitórios de tensão induzidos.

Em segundo lugar, determine a classificação atual

A classificação atual do MOSFET depende da estrutura do circuito. A corrente nominal é a corrente máxima que a carga pode suportar em todas as circunstâncias. Semelhante ao caso de tensão, o projetista precisa ter certeza de que o MOSFET selecionado é capaz de transportar esta corrente nominal, mesmo quando o sistema gera um pico de corrente. Os dois cenários atuais a serem considerados são o modo contínuo e os picos de pulso. o MOSFET está em estado estacionário no modo de condução contínua, quando a corrente passa continuamente pelo dispositivo. Picos de pulso referem-se a um grande número de surtos (ou picos de corrente) fluindo através do dispositivo; nesse caso, uma vez determinada a corrente máxima, é simplesmente uma questão de selecionar diretamente um dispositivo que possa suportar essa corrente máxima.

Após selecionar a corrente nominal, a perda por condução também é calculada. Em casos específicos,MOSFETnão são componentes ideais devido às perdas elétricas que ocorrem durante o processo condutivo, as chamadas perdas de condução. Quando “ligado”, o MOSFET atua como um resistor variável, que é determinado pelo RDS(ON) do dispositivo e muda significativamente com a temperatura. A perda de potência do dispositivo pode ser calculada a partir de Iload2 x RDS(ON), e como a resistência ligada varia com a temperatura, a perda 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, tensões mais baixas são mais fáceis (e mais comuns), enquanto para projetos industriais podem ser usadas tensões mais altas. Observe que a resistência RDS(ON) aumenta ligeiramente com a corrente.

A tecnologia tem um impacto tremendo nas características dos componentes, e algumas tecnologias tendem a resultar em um aumento no RDS(ON) ao aumentar o VDS máximo. Para tais tecnologias, é necessário um aumento no tamanho do wafer se o VDS e o RDS(ON) forem reduzidos, aumentando assim o tamanho do pacote que o acompanha e o custo de desenvolvimento correspondente. Há uma série de tecnologias na indústria que tentam controlar o aumento no tamanho do wafer, sendo as mais importantes as tecnologias de trincheira e de equilíbrio de carga. Na tecnologia de trincheira, uma vala profunda é embutida no wafer, geralmente reservada para baixas tensões, para reduzir a resistência RDS(ON).

III. Determine os requisitos de dissipação de calor

O próximo passo é calcular os requisitos térmicos do sistema. Dois cenários diferentes precisam ser considerados: o pior caso e o caso real. A TPV recomenda calcular os resultados para o pior cenário, pois este cálculo proporciona uma maior margem de segurança e garante que o sistema não irá falhar.

4. Trocando desempenho

Finalmente, o desempenho de comutação do MOSFET. Existem muitos parâmetros que afetam o desempenho da comutação, os mais importantes são capacitância porta/dreno, porta/fonte e capacitância dreno/fonte. Essas capacitâncias formam perdas de chaveamento no componente devido à necessidade de carregá-los toda vez que são comutados. Como resultado, a velocidade de comutação do MOSFET diminui e a eficiência do dispositivo diminui. Para calcular as perdas totais no dispositivo durante a comutação, o projetista precisa calcular as perdas durante a ligação (Eon) e as perdas durante o desligamento (Eoff). Isto pode ser expresso pela seguinte equação: Psw = (Eon + Eoff) x frequência de chaveamento. E a carga do portão (Qgd) tem o maior impacto no desempenho da comutação.