Capisce MOSFET in un articulu

Figura 3 Resistenza termale di MOSFET quandu u pulsu di putenza hè applicatu

In fatti, pudemu dividisce cumu sceglie MOSFET in quattru passi.

U primu passu: sceglite u canale N o u canali P

U primu passu in a scelta di u dispositivu adattatu per u vostru disignu hè di decide di utilizà un MOSFET N-channel o P-channel.In una applicazione di putenza tipica, quandu un MOSFET hè cunnessu à a terra è a carica hè cunnessa à a tensione di rete, u MOSFET forma u switch low-side.In u switch low-side, i MOSFET N-canale deve esse usatu per cunsiderà a tensione necessaria per accende o spegne u dispusitivu.Quandu u MOSFET hè cunnessu à l'autobus è carica à a terra, hè utilizatu un switch high-side.I MOSFET di u canali P sò generalmente usati in questa topulugia, chì hè ancu dovutu à considerazioni di unità di tensione.Per selezziunà u dispositivu adattatu per a vostra applicazione, deve determinà a tensione necessaria per guidà u dispusitivu è a manera più faciule di fà in u vostru disignu.U prossimu passu hè di determinà a tensione di tensione necessaria, o a tensione massima chì u dispusitivu pò sustene.Più altu hè a tensione di tensione, u più altu hè u costu di u dispusitivu.Sicondu l'esperienza pratica, a tensione nominale deve esse più grande di a tensione di rete o di u bus.Questu furnisce una prutezzione abbastanza per chì u MOSFET ùn falla micca.Quandu selezziunate un MOSFET, hè necessariu di determinà a tensione massima chì pò esse tollerata da u drain à a fonte, vale à dì u VDS massimu.Hè impurtante di sapè chì a tensione massima chì un MOSFET pò sustene i cambiamenti cù a temperatura.I disegnatori anu da pruvà variazioni di tensione in tutta a gamma di temperatura operativa.A tensione nominale deve avè abbastanza margine per copre sta variazione per assicurà chì u circuitu ùn falla micca.Altri fattori di sicurezza chì l'ingegneri di cuncepimentu anu da cunsiderà includenu i transitori di tensione indotti da l'elettronica di cambiamentu cum'è i mutori o i trasformatori.A tensione nominale varieghja per diverse applicazioni;tipicamente, 20V per i dispositi portatili, 20-30V per l'alimentazione FPGA, è 450-600V per l'applicazioni 85-220VAC.

Passu 2: Determinà u currente nominale

U sicondu passu hè di sceglie a valutazione attuale di u MOSFET.Sicondu a cunfigurazione di u circuitu, questa corrente nominale deve esse a corrente massima chì a carica pò sustene in ogni circustanza.Simile à a situazione di tensione, u designer deve assicurà chì u MOSFET selezziunatu pò sustene sta valutazione attuale, ancu quandu u sistema genera picchi di corrente.E duie cundizioni attuali cunsiderate sò u modu cuntinuu è u spike di pulse.In modu di cunduzzione cuntinuu, u MOSFET hè in un statu fermu, induve u currente scorri continuamente attraversu u dispusitivu.Un spike di impulsu si riferisce à una grande surge (o spike current) chì attraversa u dispusitivu.Una volta chì a currente massima in queste cundizioni hè determinata, hè solu una questione di selezziunà un dispositivu chì pò trattà sta corrente massima.Dopu avè sceltu u currente nominale, a perdita di cunduzzione deve ancu esse calculata.In situazione attuale, MOSFET ùn hè micca un dispositivu ideale perchè ci hè una perdita di energia elettrica durante u prucessu di cunduzzione, chì hè chjamata perdita di cunduzzione.Un MOSFET si comporta cum'è una resistenza variabile quandu "on", chì hè determinata da u RDS (ON) di u dispusitivu è cambia significativamente cù a temperatura.A perdita di putenza di u dispusitivu pò esse calculata da Iload2 × RDS (ON).Siccomu i cambiamenti di resistenza nantu à a temperatura, a perdita di putenza cambia ancu proporzionalmente.U più altu hè a tensione VGS applicata à u MOSFET, u più chjucu u RDS (ON) serà;à u cuntrariu, u più altu u RDS (ON) serà.Per u disegnatore di u sistema, questu hè induve venenu i scambii secondu a tensione di u sistema.Per i disinni portatili, hè più faciule (è più cumuni) di utilizà tensioni più bassi, mentre chì per i disinni industriali, ponu esse aduprati tensioni più alti.Nota chì a resistenza RDS (ON) aumenterà ligeramente cù u currente.Variazioni in diversi paràmetri elettrici di a resistenza RDS (ON) ponu esse truvate in a scheda tecnica furnita da u fabricatore.A tecnulugia hà un impattu significativu nantu à e caratteristiche di u dispositivu, perchè alcune tecnulugia tendenu à aumentà RDS (ON) quandu aumentanu u VDS massimu.Per una tale tecnulugia, se avete intenzione di riduce VDS è RDS(ON), avete da aumentà a dimensione di u chip, aumentendu cusì a dimensione di u pacchettu currispondente è i costi di sviluppu cunnessi.Ci hè parechje tecnulugii in l'industria chì prova à cuntrullà l'aumentu di a dimensione di chip, i più impurtanti di quali sò tecnulugii di equilibriu di canali è di carica.In a tecnulugia di trinchera, una trinchera prufonda hè incrustata in l'ostia, di solitu riservata à basse tensioni, per riduce a resistenza RDS (ON).Per riduce l'impattu di VDS massimu nantu à RDS (ON), un prucessu di colonna di crescita epitassiale / colonna di incisione hè stata utilizata durante u prucessu di sviluppu.Per esempiu, Fairchild Semiconductor hà sviluppatu una tecnulugia chjamata SuperFET chì aghjunghje passi di fabricazione supplementari per a riduzione RDS (ON).Stu focu annantu à RDS(ON) hè impurtante perchè cum'è a tensione di rottura di un MOSFET standard aumenta, RDS(ON) aumenta in modu esponenziale è porta à un aumentu di a dimensione di u fustu.U prucessu SuperFET cambia a relazione esponenziale trà RDS (ON) è a dimensione di wafer in una relazione lineare.In questu modu, i dispositi SuperFET ponu ottene un RDS (ON) ideale in picculi dimensioni di fustelle, ancu cù tensioni di rottura finu à 600V.U risultatu hè chì a dimensione di wafer pò esse ridutta finu à u 35%.Per l'utilizatori finali, questu significa una riduzione significativa di a dimensione di u pacchettu.

Step Three: Determinà i Requisiti Termici

U prossimu passu in a selezzione di un MOSFET hè di calculà i requisiti termichi di u sistema.I disegnatori anu da cunsiderà dui scenarii diffirenti, u scenariu peghju è u scenariu di u mondu reale.Hè ricumandemu d'utilizà u risultatu di u calculu peghju, perchè stu risultatu furnisce un marghjenu di salvezza più grande è assicura chì u sistema ùn falla micca.Ci hè ancu qualchi dati di misurazione chì necessitanu attenzione nantu à a scheda di dati MOSFET;cum'è a resistenza termale trà a junction semiconductor di u dispusitivu imballatu è l 'ambienti, è a temperatura massima junction.A temperatura di junction di u dispusitivu hè uguali à a temperatura ambiente massima più u pruduttu di a resistenza termale è a dissipazione di putenza (temperatura di junction = temperatura ambiente massima + [resistenza termale × dissipazione di putenza]).Sicondu sta equazioni, a dissipazione di putenza massima di u sistema pò esse risolta, chì hè uguali à I2 × RDS (ON) per definizione.Siccomu u designer hà determinatu a corrente massima chì passa per u dispusitivu, RDS (ON) pò esse calculatu à diverse temperature.Hè da nutà chì quandu si tratta di mudelli termali simplici, i diseggiani anu ancu cunsiderà a capacità termale di a junction semiconductor / casu di u dispusitivu è casu / ambiente;questu hè bisognu chì u circuitu stampatu è u pacchettu ùn si riscaldanu micca immediatamente.Avalanche breakdown significa chì a tensione inversa nantu à u dispusitivu semiconductor supera u valore massimu è forma un forte campu elettricu per aumentà u currente in u dispusitivu.Stu currenti dissiparà u putere, cresce a temperatura di u dispusitivu, è possibbilmente dannu u dispusitivu.Cumpagnia di Semiconductor cunduceranu teste di avalanche nantu à i dispositi, calculà a so tensione di avalanche, o pruvà a robustezza di u dispusitivu.Ci hè dui metudi per calculà a tensione di avalanche nominale;unu hè u metudu statisticu è l'altru hè u calculu termale.U calculu termale hè largamente utilizatu perchè hè più praticu.Parechje cumpagnie anu furnitu i dettagli di a prova di u so dispositivu.Per esempiu, Fairchild Semiconductor furnisce "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - pò esse scaricatu da u situ web di Fairchild).In più di l'informatica, a tecnulugia hà ancu una grande influenza nantu à l'effettu avalanche.Per esempiu, un aumentu di a taglia di a fustella aumenta a resistenza di avalanche è infine aumenta a robustezza di u dispusitivu.Per l'utilizatori finali, questu significa aduprà pacchetti più grande in u sistema.

Passu 4: Determinate u rendiment di u cambiamentu

L'ultimu passu in a selezzione di un MOSFET hè di determinà a prestazione di cambiamentu di u MOSFET.Ci sò parechji paràmetri chì affettanu u funziunamentu di u cambiamentu, ma i più impurtanti sò a porta / drenu, a porta / fonte è a capacità di drain / fonte.Questi condensatori creanu pèrdite di cambiamentu in u dispusitivu perchè sò caricati ogni volta chì cambianu.A velocità di commutazione di u MOSFET hè dunque ridutta, è l'efficienza di u dispusitivu hè ancu ridutta.Per calculà e pèrdite totali in un dispositivu durante a commutazione, u designer deve calculà e perdite durante l'accensione (Eon) è e perdite durante u spegnimentu (Eoff).A putenza tutale di u switch MOSFET pò esse espressa da l'equazione seguente: Psw=(Eon+Eoff)×frequenza di commutazione.A carica di porta (Qgd) hà u più grande impattu nantu à u rendiment di cambiamentu.Basatu annantu à l'impurtanza di u rendiment di cambiamentu, e tecnulugia novi sò sviluppate constantemente per risolve stu prublema di cambiamentu.Aumentà a dimensione di u chip aumenta a carica di a porta;questu aumenta a dimensione di u dispusitivu.Per riduce e perdite di commutazione, sò emerse novi tecnulugii cum'è l'ossidazione di u fondu grossu di u canali, per scopu di riduce a carica di a porta.Per esempiu, a nova tecnulugia SuperFET pò minimizzà e perdite di cunduzzione è migliurà a prestazione di cambiamentu riducendu RDS (ON) è a carica di porta (Qg).In questu modu, i MOSFET ponu affruntà i transitori di tensione d'alta velocità (dv / dt) è i transitori di corrente (di / dt) durante a commutazione, è ponu ancu operare in modu affidabile à frequenze di commutazione più alte.