1. Uvod

MOSFET dolaze u četiri različite vrste. Oni mogu biti pojačanje ili osiromašeni modu, i oni mogu biti n-kanalni ili p-kanalni. Mi smo zainteresirani samo za n-kanalni pojašnjenje načina MOSFETs, a to će biti jedini koji govore o od sada. Tu su i logika na razini MOSFET i normalni MOSFET. Možemo koristiti oba tipa.

Izvor terminal je obično negativan, a odvod je pozitivan (nazivi odnose se na izvoru i odvod elektrona). Dijagram gore pokazuje dioda je spojen preko MOSFET. Ova dioda se naziva "pravi dioda", jer je izgrađen u silicij strukturu MOSFET. To je posljedica načina na power MOSFET koji se stvaraju u slojevima silikona, a može biti vrlo korisno. U većini MOSFET arhitekture, to je ocijenjeno na isto struje kao sama MOSFET.

2. Odabir MOSFET.

Ispitati parametre MOSFETs, to je korisno imati uzorak podatkovne tablice u ruku. Klik ovdje otvoriti podatkovne tablice za Međunarodni ispravljača IRF3205, što ćemo se odnosi na. Prvo moramo proći kroz neke od bitnih parametara koji ćemo se baviti.

2.1. MOSFET Parametri

O otporu, R_{DS (na).}
To je otpor između izvora i odvodnih priključaka kada je MOSFET uključen u potpunosti uključen.

Maksimalna struja odvoda, I_{d (max).}
To je maksimalna struja koja MOSFET može stajati prelazi iz odvoda na izvor. To u velikoj mjeri određuje paketa i RDS (on).

Rasipanje snage, str_d.
Ovo je sposobnost maksimalna snaga od MOSFET, što ovisi uglavnom o vrsti paketa se nalazi.

Linearni faktor pogoršanje.
To je koliko je maksimalna parametar rasipanje snage iznad mora smanjiti za po ºC, što se temperatura povisi iznad 25ºC.

Energija lavine E_A
To je koliko energije MOSFET može izdržati pod uvjetima lavina. Avalanche se događa kada se prekorači maksimalna odvod za izvor napona i struje juri kroz MOSFET. To ne uzrokuje trajno oštećenje onoliko dugo koliko energije (snage x vremena) u lavini ne prelazi maksimum.

Vršni oporavak diode, dv / dt
To je koliko brzo pravi dioda može ići iz off stanje (obrnuti pristran) do o stanju (vođenje). To ovisi o tome koliko napon je preko njega prije nego što je uključen. Stoga je vrijeme koje je potrebno, t = (obrnuti napon / peak diode oporavak).

Dnapon proboja na kiši i izvoru, V_DSS.
To je maksimalni napon koji se može smjestiti od odvoda na izvor kad je isključen MOSFET.

Toplinski otpor, θ_jc.
Za više informacija o toplinski otpor, vidjeti poglavlje o hladnjaka.

Napon praga vrata, V_{GS (th)}
To je minimalni napon potreban između vrata i izvor terminala za uključivanje MOSFET dalje. To će trebati više od toga da se to pretvorilo u potpunosti uključen.

Prosljediva provodljivost, g_fs
Kao što se vrata-izvor napona povećava se, kada je MOSFET tek počinje za uključivanje, ima dosta linearni odnos između VGS i odvodne struje. Ovaj parametar je jednostavno (Id / VGS) u ovom linearnom dijelu.

Ulazna kapacitivnost, C_iSS
Ovo je trpaju kapacitivnost između vrata terminala i izvor i odvodnih priključaka. Kapacitet za odvod je najvažnije.

Tu je i detaljniji uvod u MOSFETs u International Rectifier Acrobat (PDF) dokumenta MOSFET Osnove. To objašnjava odakle dolaze neki parametri u smislu izgradnje MOSFET-a.

2.2. Upućivanje izbor

Snaga i topline

Snaga koja MOSFET će morati boriti s je jedan od glavnih odlučujući čimbenici. Snaga raspršila u MOSFET je napon preko njega puta struja prolazi kroz njega. Iako je prebacivanje velike količine snage, to bi trebalo biti prilično mala, jer bilo je napon preko njega je vrlo mala (sklopka zatvorena - MOSFET je uključen), odnosno struja prolazi kroz to je vrlo mali (prekidač je otvoren - MOSFET je off). Napon preko MOSFET kada je na će biti otpor MOSFET, RDS (on) puta struja ide temeljito ga. Ovaj otpor, RDSon, za dobre snage MOSFETs će biti manje od 0.02 Ohm. Zatim moć raspršila u MOSFET je:

Za struju 40 amper, RDSon od 0.02 ohma, ta moć 32 Watts. Bez hladnjaka, MOSFET će izgoriti disipacije toliko snage. Odabir heatsink je tema sama po sebi, zbog čega postoji poglavlje posvećeno tome: heatsinks.

On-otpor nije jedini uzrok gubitak snage u MOSFET. Drugi izvor događa kada MOSFET je prebacivanje između država. Za kratko vrijeme, MOSFET je pola na i pola off. Koristeći iste primjere brojke kao gore, struja može biti na pola vrijednosti 20 pojačala, a napon može biti na pola vrijednosti 6 V istovremeno. Sada je moć raspršila je 20 × 6 = 120 Watts. Međutim, MOSFET samo disipacije to za kratko vrijeme da se MOSFET je prebacivanje između država. Prosječna gubitak snage uzrokovan to je, dakle, puno manje, a ovisi o relativnim puta MOSFET je prebacivanje, a ne prebacivanje. Prosječni gubitak dan formulom:

2.3. Primjer:

Problem MOSFET je uključen u 20kHz, a traje 1 mikrosekunde za prebacivanje između stanja (na off i off na ON). Napon napajanja je 12v i trenutni 40 amper. Izračunajte prosječan gubitak prespajanje napajanja, pod pretpostavkom da je napon i struja su na pola vrijednosti tijekom prebacivanja perioda.

Rješenje: Na 20kHz, tu je i MOSFET prebacivanje pojava svakih 25 mikrosekundi (prekidač na svakih 50 mikrosekundi, a isključivanje svake 50 mikrosekundi). Stoga omjer vremena uključivanja i ukupnog vremena 1 / 25 = 0.04. Rasipanje snage prilikom prebacivanja je (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Zato je prosječni gubitak promjena je 120W x 0.04 = 4.8 Watts.

Svaki gubitak snage iznad oko 1 W zahtijeva MOSFET je montiran na hladilu. Snaga MOSFET dolaze u različitim paketima, ali obično imaju metalnu karticu koja se nalazi na heatsink, a koristi se za provođenje topline od MOSFET poluvodiča.

Rukovanje moć paketa bez dodatnog hladnjaka je vrlo mala. Na nekim MOSFETs, kartica metal povezan iznutra na jednu od MOSFET terminala - najčešće u odvod. To je nedostatak jer to znači da ne može stati više od jednog MOSFET na heatsink bez električno izoliranje MOSFET paket iz metalnog hladnjaka. To može biti učinjeno s tankim tinjca listova stavljaju između paketa i hladnjaka. Neki MOSFET imaju paket izdvojena iz terminala, što je bolje. Na kraju dana vaša odluka je vjerojatno da će se temeljiti na cijeni no!

2.3.1. Ocijedite struje

MOSFET općenito oglašava svoje maksimalne odvod struje. Slogani na kartonima, a popis karakteristike na prednjoj datasheet može citirati kontinuirani odvod struje, ID za 70 pojačala i pulsni odvod struje 350 pojačala. Morate biti vrlo oprezni s tim brojkama. Oni nisu opće srednje vrijednosti, ali se MOSFET će nositi pod najboljim mogućim uvjetima. Za početak, oni obično su izražene za korištenje na temperaturi paket od 25 ºC. To je vrlo malo vjerojatno kad ste u prolazu 70 pojačala da se slučaj dalje će biti na 25ºC! U datasheet ne bi trebalo biti graf kako ovaj lik derates s povećanjem temperature.

Pulsirajuće odvod struje uvijek je citiran u prebacivanje uvjete s vremena prebacivanja u vrlo malim pisanim putem na dnu stranice! To može biti maksimalna širina pulsa od par stotina mikrosekundi, a radni ciklus (postotak vremena na OFF) od samo 2%, što nije baš praktično. Za više informacija o trenutnim ocjenama MOSFETs, imaju pogled na ovaj međunarodni ispravljača dokumenta.

Ako ne možete pronaći jedan MOSFET s dovoljno visoku maksimalnu odvodne struje, onda možete spojiti više od jednog paralelno. Pogledajte kasnije za informacije o tome kako to učiniti.

2.3.2. Ubrzati

Vi ćete biti koristeći MOSFET u preklopljenom načinu za kontrolu brzine motora. Kao što smo vidjeli ranije, više da je MOSFET je u stanju u kojem nije niti uključuje niti isključuje, više energije će se trošiti. Neki MOSFET su brži od drugih. Većina modernih one lako će biti dovoljno brzo da se prebaci na nekoliko desetaka kHz, budući da je to gotovo uvijek kako se oni koriste. Na stranici 2 u datasheet, trebali biste vidjeti parametre paljenja vrijeme kašnjenja, vrijeme porasta, Turn-Off vrijeme odgode i pad vrijeme. Ako ti se sve zbroji, to će vam dati približnu minimalni kvadrat val period koji se mogu koristiti za prebacivanje ovo MOSFET: 229ns. To predstavlja frekvenciju 4.3MHz. Imajte na umu da će to biti vrlo vruće, jer iako bi to potrošiti puno svog vremena u prebacivanje preko države.

3. A, Primjer dizajn

Da biste dobili neke ideje o tome kako koristiti parametre i grafikone u datasheet, mi ćemo proći kroz dizajn primjer:
Problem: Puni most brzina kontroler sklop dizajniran za upravljanje motorom 12v. Prebacivanje frekvencije mora biti iznad zvučnim granice (20kHz). Motor ima ukupni otpor 0.12 Ohm. Odaberite prikladne MOSFET za most krug, unutar razumnog roka cijena i predložiti bilo heatsinking koje mogu biti potrebne. Je temperatura okoline pretpostavlja se da je 25ºC.

Rješenje: Omogućava imaju pogled na IRF3205 i vidjeti ako je to prikladno. Prvo odvod struje uvjet. Na štandu, motor će se 12v / 0.12 oma = 100 pojačala. Prvo ćemo napraviti pogodak na temperaturi spajanja, na 125ºC Moramo pronaći ono što je maksimalna odvod struje je na 125ºC prvi. Grafikon lik 9 nam pokazuje da je na 125ºC, maksimalna odvod struje je oko 65 pojačala. Stoga 2 IRF3205s paralelno bi trebao biti sposoban u tom pogledu.

Koliko energije će se dvije paralelne MOSFET mogao potrošiti? Omogućuje početi s rasipanje snage dok su na i motora zastoj, ili tek počinje. To je trenutni Squared puta na otpor. Što je RDS (on) na 125ºC? Slika 4 pokazuje kako je derated iz svoje prednje stranice vrijednosti 0.008 ohma, s faktorom oko 1.6. Stoga, pretpostavljamo RDS (on) će biti 0.008 x 1.6 = 0.0128. Stoga PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Koliko vremena će motor biti ili zastoju ili početak? To je nemoguće reći, pa ćemo morati pogoditi. 20% vremena je vrlo konzervativna brojka - to je vjerojatno da će biti puno manje. Budući da je snaga uzrokuje toplinu i toplinske vodljivosti je dosta spor proces, učinak gubitak snage ima tendenciju da se u prosjeku preko prilično dugim vremenskim razdobljima, u regiji sekundi. Stoga možemo snižava radne parametre napajanja zahtjev s navedenom 20%, stići na prosječnu rasipanje energije 32W x 20% = 6.4W.

Sada moramo dodati moć rasipanja zbog prebacivanja. To će se dogoditi tijekom uspona i pada puta, koji su citirani u tablici Električne karakteristike kao 100ns i 70ns respektivno. Pod pretpostavkom da je vozač MOSFET može dostaviti dovoljno struje da ispuni uvjete iz ovih brojki (vrata pogonski izvor otpora 2.5 Ohma = puls ispusta struje 12v / 2.5 Ohma = 4.8 amper), tada je omjer vremena uključivanja do ustaljenog stanja vrijeme 170ns * 20kHz = 3.4mW što je zanemariv. Te on-off vremenski raspored su malo sirove, međutim, za više informacija o on-off puta, pogledajte ovdje.

Sad što su prebacivanje zahtjevi? MOSFET driver Brod koristimo će se nositi s većinom od njih, ali je vrijedno checking. Turn-on napon, VGS (th), iz dijagrama na slici 3 je nešto više 5 volti. Već smo vidjeli da je vozač bi trebao biti u mogućnosti to izvor 4.8 pojačala za vrlo kratko vrijeme.

A što je s hladnjaka. Vi svibanj želite pročitati poglavlje o hladnjaka prije ovog odjeljka. Želimo zadržati temperaturu za poluvodičke čvora ispod 125ºC, a mi smo rekli da je temperatura okoline 25ºC. Dakle, s MOSFET disipacije 6.4W u prosjeku, ukupni toplinski otpor mora biti manji od (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. Toplinski otpor od čvora do slučaja nadoknađuje 0.75 ºC / W toga, tipični slučaj da heatsink vrijednosti (pomoću termalne spoj) 0.2 ºC / W, što ostavlja 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ° C / W za samu hladnjaka. Heatsinks ovog θjc vrijednosti su prilično mali i jeftini. Imajte na umu da se isti hladnjak se može koristiti i za MOSFETs s lijeve ili s desne strane tereta u H- mosta, budući da su ta dva MOSFET nisu nikad oba u isto vrijeme, tako da nikada ne mogu oboje biti disipacije snage na u isto vrijeme. Slučajevi njih moraju biti električki izolirani no. Pogledajte stranicu hladnjacima za više informacija o potrebnom električnom izolacijom.

4. MOSFET vozači

Za uključivanje power MOSFET na, vrata terminal mora biti postavljen na napon najmanje 10 volta veći od izvornog terminal (oko 4 volti za logiku razini MOSFETs). To je znatno iznad (og) parametra VGS.

Jedna značajka snage MOSFETs je da oni imaju veliki zalutala kapacitivnost između vrata i ostalim terminalima, CISS. Učinak toga je da kad se puls na vrata terminala stigne, on prvo mora naplatiti taj kapacitet do pred vrata napona može doći do 10 volti potrebne. Vrata terminala se učinkovito uzima struja. Stoga je sklop koji pokreće vrata terminal bi trebao biti sposoban za dobavu razumnu struje tako da je lutalica kapacitet može biti što je brže puniti ako je to moguće. Najbolji način da to učinite je koristiti namjenski MOSFET driver čip.

Postoji mnogo MOSFET driver čips dostupan od nekoliko tvrtki. Neki su prikazane s linkovima na tablica u tablici u nastavku. Neki zahtijevaju MOSFET izvorni terminal biti uzemljeni (za niže 2 MOSFETs u punom mosta ili samo jednostavno prebacivanje krug). Neki mogu voziti MOSFET s izvorom pri višim naponom. Oni imaju na čipu punjenje pumpe, što znači da oni mogu generirati 22 volti potrebne za zakrenite gornji MOSFET u punom brifge dalje. TDA340 čak kontrolira swicthing slijed za vas. Neki mogu dostaviti koliko 6 Amps oknu struje kao vrlo kratki impuls za punjenje do kriva vrata kapacitivnost.

Za više informacija o MOSFETs i kako ih voziti, Međunarodni ispravljač ima niz tehničkih radova na njihovu HEXFET rasponu ovdje.

Često ćete vidjeti nisku vrijednost otpornika između vozača MOSFET i MOSFET vrata terminala. Ovo je kako ublažiti sve melodije oscilacije uzrokovane vodećeg induktivnost i kapacitivnost vrata koja inače može premašiti maksimalni napon dopušteni na vrata terminala. On također usporava brzinu kojom MOSFET uključuje i isključuje. To može biti korisno ako se unutarnja diode u MOSFET ne uključuje dovoljno brzo. Više pojedinosti o tome nalaze se u međunarodnoj ispravljača tehničke dokumentacije.

5. Paralelno MOSFET

MOSFET mogu biti postavljeni paralelno za poboljšanje postojeće mogućnosti rukovanja. Jednostavno se pridružite Gate, izvor i odvod terminala zajedno. Bilo koji broj MOSFETs mogu odvijati istovremeno, no imajte na umu da su vrata kapacitet dodaje se kao što se paralelno više MOSFET, i na kraju vozač MOSFET neće biti u mogućnosti da ih voziti. Imajte na umu da ne možete parellel bipolarnih tranzistora kao što je ovaj. Razlozi tome se raspravlja u tehničkom radu ovdje.

Prethodna:Što je MOSFET, što to izgledati, i kako se to radi?

Sljedeći:FMUSER X01 FM predajnik donosi radio na ratom pogođenim područjima

Ostavite poruku

Lista Poruka

Komentari Učitavanje ...