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 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 a porta (Qgd) hà u più grande impattu nantu à u rendiment di cambiamentu. Basatu nantu 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.