1. Pengantar

MOSFET datang dalam empat jenis. Mereka mungkin tambahan atau modus penipisan, dan mereka mungkin n-channel atau p-channel. Kami hanya tertarik pada n-channel enhancement mode MOSFET, dan ini akan menjadi satu-satunya berbicara tentang dari sekarang. Ada juga logika tingkat MOSFET dan MOSFET normal. Kita dapat menggunakan jenis baik.

Terminal sumber biasanya negatif satu, dan sia-sia adalah positif (nama mengacu pada sumber dan tiriskan elektron). Diagram di atas menunjukkan dioda terhubung di MOSFET. dioda ini disebut "dioda intrinsik", karena dibangun ke dalam struktur silikon MOSFET. Ini adalah konsekuensi dari cara MOSFET daya diciptakan dalam lapisan silikon, dan bisa sangat berguna. Dalam kebanyakan arsitektur MOSFET, itu dinilai pada saat yang sama dengan MOSFET itu sendiri.

2. Memilih MOSFET.

Untuk menguji parameter MOSFET, hal ini berguna untuk memiliki sampel datasheet untuk tangan. Klik di sini untuk membuka datasheet untuk International Rectifier IRF3205, yang kami akan mengacu pada. Pertama kita harus melalui beberapa parameter penting bahwa kita akan berurusan dengan.

2.1. Parameter MOSFET

Tentang hambatan, R_{ds (on).}
Ini adalah perlawanan antara sumber dan tiriskan terminal saat MOSFET dihidupkan sepenuhnya pada.

Pengurasan arus maksimum, I_{d (max).}
Ini adalah arus maksimum yang MOSFET bisa berdiri lewat dari drain ke sumber. Hal ini sangat ditentukan oleh paket dan RDS (on).

Disipasi daya, P._d.
Ini adalah maksimum kemampuan penanganan daya dari MOSFET, yang tergantung pada jenis paket itu di.

Faktor derating linear.
Ini adalah berapa banyak maksimum parameter disipasi daya di atas harus dikurangi dengan per ºC, suhu naik di atas 25ºC.

Energi longsoran E_A
Ini adalah berapa banyak energi MOSFET dapat menahan kondisi longsoran. Longsor terjadi ketika tegangan drain-to-source maksimum terlampaui, dan saat bergegas melalui MOSFET. Ini tidak menyebabkan kerusakan permanen selama energi (power x waktu) di longsoran salju tidak melebihi maksimal.

Pemulihan dioda puncak, dv / dt
Ini adalah seberapa cepat dioda intrinsik dapat pergi dari keadaan off (reverse bias) ke pada negara (melakukan). Hal ini tergantung pada seberapa banyak tegangan adalah di atasnya sebelum dihidupkan. Maka waktu yang dibutuhkan, t = (terbalik tegangan / puncak dioda pemulihan).

DTegangan Kerusakan hujan-ke-Sumber, V_DSS.
Ini adalah tegangan maksimum yang dapat ditempatkan dari drain ke sumber ketika MOSFET dimatikan.

Resistensi termal, θ_jc.
Untuk informasi lebih lanjut tentang resistansi termal, lihat bab tentang heatsink.

Tegangan Ambang Gerbang, V._{GS (th)}
Ini adalah tegangan minimum yang diperlukan antara gerbang dan sumber terminal untuk mengubah MOSFET pada. Ini akan membutuhkan lebih dari ini untuk menyalakannya penuh pada.

Transkonduktansi maju, g_fs
Sebagai tegangan gerbang-sumber meningkat, ketika MOSFET hanya mulai menyala, ia memiliki hubungan yang cukup linear antara Vgs dan mengalirkan arus. Parameter ini hanya (Id / Vgs) di bagian linear ini.

Kapasitansi masukan, C._iss
Ini adalah kapasitansi disamakan antara gerbang terminal dan sumber dan tiriskan terminal. Kapasitansi ke drain adalah yang paling penting.

Ada pengenalan yang lebih rinci untuk MOSFET di International Rectifier Acrobat (PDF) dokumen Dasar-dasar listrik MOSFET. Ini menjelaskan dari mana beberapa parameter berasal dari segi konstruksi MOSFET.

2.2. Membuat pilihan

Listrik dan panas

Kekuatan yang MOSFET akan harus bersaing dengan adalah salah satu faktor penentu utama. Daya yang dihamburkan di MOSFET adalah tegangan itu kali arus akan melalui itu. Meskipun beralih sejumlah besar kekuatan, ini harus cukup kecil karena baik tegangan sangat kecil (switch ditutup - MOSFET adalah pada), atau saat akan melalui itu sangat kecil (saklar terbuka - MOSFET adalah mati). Tegangan MOSFET saat itu adalah pada akan menjadi resistance dari MOSFET, RDS (on) kali arus akan menyeluruh itu. resistensi ini, RDSon, untuk MOSFET daya yang baik akan kurang dari 0.02 Ohms. Maka daya yang dihamburkan di MOSFET adalah:

Untuk saat ini 40 Amps, RDSon dari 0.02 Ohms, kekuatan ini 32 Watts. Tanpa heatsink, MOSFET akan terbakar menghamburkan banyak kekuasaan ini. Memilih sebuah heatsink adalah subjek dalam dirinya sendiri, yang mengapa ada bab yang ditujukan untuk itu: heatsink.

The on-resistance bukanlah satu-satunya penyebab disipasi daya di MOSFET. Sumber lain terjadi ketika MOSFET adalah beralih antara negara-negara. Untuk waktu singkat, MOSFET adalah setengah dan setengah. Menggunakan contoh angka yang sama seperti di atas, saat ini mungkin setengah nilai, 20 Amps, dan tegangan mungkin setengah nilai, 6 Volt pada saat yang sama. Sekarang daya yang dihamburkan adalah 20 × 6 = 120 Watts. Namun, MOSFET hanya menghamburkan ini untuk waktu singkat yang MOSFET adalah beralih antara negara-negara. Oleh karena disipasi daya rata-rata disebabkan oleh ini jauh lebih sedikit, dan tergantung pada waktu relatif yang MOSFET adalah beralih dan tidak beralih. Rata-rata disipasi diberikan oleh persamaan:

2.3. Contoh:

Masalah Sebuah MOSFET diaktifkan di 20kHz, dan mengambil 1 mikrodetik untuk beralih di antara negara-negara (untuk off dan mematikan untuk di). Tegangan suplai 12v dan 40 Amps saat ini. Menghitung kerugian switching power rata, dengan asumsi tegangan dan arus yang di nilai setengah selama periode switching.

Larutan: Pada 20kHz, ada MOSFET beralih terjadinya setiap 25 mikrodetik (saklar pada setiap 50 mikrodetik, dan switch off setiap 50 mikrodetik). Oleh karena itu, rasio beralih waktu ke waktu total adalah 1 / 25 = 0.04. Kekuatan disipasi ketika berpindah adalah (12v / 2) x (40A / 2) = 120 Watts. Oleh karena itu rata-rata kerugian switching 120W x 0.04 = 4.8 Watts.

Apa disipasi daya di atas tentang 1 Watt mengharuskan MOSFET dipasang pada heatsink. MOSFET daya datang dalam berbagai paket, tapi biasanya memiliki tab logam yang ditempatkan terhadap heatsink, dan digunakan untuk melakukan panas dari semikonduktor MOSFET.

Penanganan daya dari paket tanpa heatsink tambahan sangat kecil. Pada beberapa MOSFET, tab logam terhubung secara internal ke salah satu terminal MOSFET - biasanya sia. Ini adalah kerugian seperti itu berarti bahwa Anda tidak dapat memasukkan lebih dari satu MOSFET untuk heatsink tanpa mengisolasi elektrik paket MOSFET dari heatsink logam. Hal ini dapat dilakukan dengan lembar mika tipis ditempatkan di antara paket dan heatsink. Beberapa MOSFET memiliki paket terisolasi dari terminal, yang lebih baik. Pada akhir hari keputusan Anda mungkin akan berbasis di harga namun!

2.3.1. mengalirkan arus

MOSFET umumnya diiklankan oleh mengalirkan arus maksimum mereka. Iklan uraian, dan daftar fitur di bagian depan datasheet dapat memberikan penawaran menguras arus kontinu, Id, dari 70 Amps, dan arus saluran berdenyut dari 350 Amps. Anda harus sangat berhati-hati dengan angka-angka ini. Mereka tidak nilai rata-rata umum, tapi maksimal MOSFET akan membawa dalam keadaan terbaik. Untuk memulai, mereka biasanya dikutip untuk digunakan pada suhu paket 25 ºC. Hal ini sangat mungkin jika Anda melewati 70 Amps bahwa kasus ini masih akan berada di 25ºC! Dalam datasheet harus ada grafik bagaimana angka ini mende-aerasi dengan meningkatnya suhu.

Drain saat berdenyut selalu dikutip bawah beralih kondisi dengan waktu beralih secara tertulis sangat kecil di bagian bawah halaman! Ini mungkin sebuah lebar pulsa maksimum beberapa ratus mikrodetik, dan siklus (persentase waktu ON ke OFF) hanya 2%, yang sangat tidak praktis. Untuk informasi lebih lanjut tentang peringkat saat MOSFET, kita lihat dokumen International Rectifier ini.

Jika Anda tidak dapat menemukan MOSFET tunggal dengan cukup menguras arus maksimum tinggi, maka Anda dapat menghubungkan lebih dari satu secara paralel. Lihat nanti untuk informasi tentang cara melakukannya.

2.3.2. Kecepatan

Anda akan menggunakan MOSFET dalam modus beralih untuk mengontrol kecepatan motor. Seperti yang kita lihat sebelumnya, semakin lama bahwa MOSFET adalah di negara bagian mana itu bukan di atau off, semakin besar kekuatan itu akan menghilang. Beberapa MOSFET lebih cepat dari yang lain. Kebanyakan yang modern akan dengan mudah cukup cepat untuk beralih pada beberapa puluh kHz, karena ini adalah hampir selalu bagaimana mereka digunakan. Pada halaman 2 dari datasheet, Anda harus melihat parameter Turn-On Delay Time, Naik Waktu, Turn-Off Delay Time dan Jatuh Waktu. Jika ini semua ditambahkan, itu akan memberi Anda periode perkiraan minimum gelombang persegi yang dapat digunakan untuk beralih MOSFET ini: 229ns. Ini merupakan frekuensi 4.3MHz. Perhatikan bahwa itu akan sangat panas meskipun karena akan menghabiskan banyak waktu di switching atas negara.

3. Sebuah contoh desain

Untuk mendapatkan ide tentang bagaimana menggunakan parameter, dan grafik dalam datasheet, kita akan pergi melalui contoh desain:
Masalah: Sebuah jembatan penuh pengontrol kecepatan sirkuit dirancang untuk mengendalikan motor 12v. Frekuensi switching harus berada di atas batas terdengar (20kHz). motor memiliki ketahanan total 0.12 Ohms. Pilih MOSFET cocok untuk rangkaian jembatan, dalam batas harga yang wajar, dan menyarankan setiap heatsinking yang mungkin diperlukan. Suhu lingkungan diasumsikan 25ºC.

Larutan: Mari kita lihat di IRF3205 dan melihat apakah itu cocok. Pertama drain kebutuhan saat ini. Di warung, motor akan mengambil 12v / 0.12 Ohms = 100 Amps. Kami pertama kali akan membuat menebak pada suhu persimpangan, di 125ºC kita harus menemukan apa yang menguras arus maksimum adalah pada 125ºC pertama. Grafik angka 9 menunjukkan bahwa pada 125ºC, drain arus maksimum adalah sekitar 65 Amps. Oleh karena itu 2 IRF3205s secara paralel harus mampu dalam hal ini.

Berapa banyak kekuatan akan dua MOSFET paralel akan menghilang? Mari kita mulai dengan disipasi daya sementara ON dan motor terhenti, atau baru mulai. Itu adalah kuadrat kali saat on-resistance. Apa RDS (on) pada 125ºC? Gambar 4 menunjukkan bagaimana derated dari nilai halaman depan nya 0.008 Ohms, dengan faktor sekitar 1.6. Oleh karena itu, kita asumsikan RDS (on) akan 0.008 x 1.6 = 0.0128. Oleh karena itu PD = 50 x 50 x 0.0128 = 32 Watts. Berapa banyak waktu akan motor akan baik terhenti atau memulai? Ini tidak mungkin untuk mengatakan, jadi kita akan harus menebak. 20% dari waktu yang cukup tokoh konservatif - kemungkinan untuk menjadi jauh lebih sedikit. Sejak kekuasaan menyebabkan panas, dan konduksi panas adalah proses yang sangat lambat, efek disipasi daya cenderung mendapatkan rata-rata di atas periode waktu cukup panjang, di wilayah detik. Oleh karena itu kita dapat derate kebutuhan daya dengan mengutip 20%, untuk sampai pada disipasi daya rata-rata 32W x 20% = 6.4W.

Sekarang kita harus menambahkan daya yang dihamburkan karena beralih. Ini akan terjadi selama naik dan turun kali, yang dikutip dalam tabel Karakteristik Listrik sebagai 100ns dan 70ns masing-masing. Dengan asumsi driver MOSFET dapat menyediakan arus yang cukup untuk memenuhi persyaratan dari angka-angka ini (gerbang resistansi sumber drive 2.5 Ohms = pulsa keluaran saat berkendara dari 12v / 2.5 Ohms = 4.8 Amps), maka rasio beralih waktu untuk menenangkan-negara waktu 170ns * 20kHz = 3.4mW yang diabaikan. Ini on-off timing sedikit kasar namun, untuk informasi lebih lanjut tentang on-off kali, lihat di sini.

Sekarang apa persyaratan beralih? Kapal driver MOSFET kita gunakan akan mengatasi sebagian besar, tapi layak memeriksa nya. turn-on tegangan, Vgs (th), dari grafik Gambar 3 adalah lebih 5 Volts. Kami telah melihat bahwa pengemudi harus mampu sumber 4.8 Amps untuk jangka waktu yang sangat singkat.

Sekarang bagaimana heatsink. Anda mungkin ingin membaca bab tentang heatsink sebelum bagian ini. Kami ingin menjaga suhu untuk junction semikonduktor bawah 125ºC, dan kami telah diberitahu bahwa suhu lingkungan 25ºC. Oleh karena itu, dengan MOSFET menghilang 6.4W rata-rata, yang tahan panas total harus kurang dari (125 - 25) / 6.4 = 15.6 ºC / W. Tahan panas dari persimpangan kasus membuat untuk 0.75 ºC / W ini, kasus yang khas untuk nilai heatsink (menggunakan senyawa termal) adalah 0.2 ºC / W, yang meninggalkan 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 ºC / W untuk heatsink itu sendiri. Heatsink nilai θjc ini cukup kecil dan murah. Perhatikan bahwa heatsink yang sama dapat digunakan untuk kedua MOSFET di sebelah kiri atau ke kanan beban di jembatan H-, karena dua MOSFET ini tidak pernah baik pada pada saat yang sama, dan tidak pernah berdua akan menghilangkan daya pada waktu yang sama. Kasus mereka harus elektrik terisolasi namun. Lihat halaman heatsink untuk informasi lebih lanjut tentang isolasi listrik yang dibutuhkan.

4. driver MOSFET

Untuk mengubah MOSFET daya, terminal gerbang harus diatur untuk tegangan setidaknya 10 volt lebih besar dari terminal sumber (sekitar 4 volt untuk MOSFET tingkat logika). Ini adalah nyaman di atas Vgs (th) parameter.

Salah satu fitur dari MOSFET daya adalah bahwa mereka memiliki kapasitansi yang besar antara gerbang dan terminal lainnya, Ciss. Efek dari ini adalah bahwa ketika pulsa ke terminal gerbang tiba, terlebih dahulu mengisi kapasitansi ini sebelum tegangan gerbang dapat mencapai volt 10 diperlukan. Gerbang terminal kemudian secara efektif tidak mengambil saat. Oleh karena itu rangkaian yang mendorong gerbang terminal harus mampu memasok arus wajar sehingga kapasitansi dapat diisi sampai secepat mungkin. Cara terbaik untuk melakukan ini adalah dengan menggunakan chip driver MOSFET berdedikasi.

Ada banyak chip driver MOSFET tersedia dari beberapa perusahaan. Beberapa ditunjukkan dengan link ke lembar data dalam tabel di bawah. Beberapa memerlukan terminal sumber MOSFET harus didasarkan (untuk yang lebih rendah 2 MOSFET dalam jembatan penuh atau hanya circuit switching sederhana). Beberapa dapat mendorong MOSFET dengan sumber pada tegangan yang lebih tinggi. Ini memiliki on-chip biaya pompa, yang berarti mereka dapat menghasilkan volt 22 diperlukan untuk mengubah MOSFET atas dalam brifge penuh pada. The TDA340 bahkan mengontrol urutan swicthing untuk Anda. Beberapa dapat menyediakan sebanyak 6 Amps saat ini sebagai pulsa yang sangat singkat untuk mengisi kapasitansi gerbang liar.

Untuk informasi lebih lanjut tentang MOSFET dan bagaimana untuk mengusir mereka, International Rectifier memiliki seperangkat makalah teknis pada kisaran HEXFET mereka di sini.

Sering kali Anda akan melihat sebuah resistor nilai yang rendah antara pengemudi MOSFET dan terminal gerbang MOSFET. Hal ini untuk meredam setiap osilasi dering yang disebabkan oleh timbal induktansi dan kapasitansi gerbang yang dinyatakan dapat melebihi tegangan maksimum yang diizinkan pada terminal gerbang. Hal ini juga memperlambat tingkat di mana MOSFET menyala dan mati. Hal ini dapat berguna jika dioda intrinsik dalam MOSFET tidak mengaktifkan cukup cepat. rincian lebih lanjut dari ini dapat ditemukan dalam dokumen teknis International Rectifier.

5. MOSFET paralelisasi

MOSFET dapat ditempatkan secara paralel untuk meningkatkan kemampuan penanganan saat ini. Cukup bergabung dengan Gate, Sumber dan terminal Tiriskan bersama-sama. Setiap jumlah MOSFET dapat disejajarkan up, tetapi perhatikan bahwa kapasitansi gerbang menambahkan sampai saat Anda sejajar lebih MOSFET, dan akhirnya sopir MOSFET tidak akan mampu untuk mengusir mereka. Perhatikan bahwa Anda tidak dapat parellel transistor bipolar seperti ini. Alasan di balik ini dibahas dalam makalah teknis di sini.

prev:Apa yang dimaksud dengan MOSFET, apa yang terlihat seperti, dan bagaimana cara kerjanya?

Berikutnya:FMUSER X01 FM Transmitter Membawa Radio ke Daerah Perang-robek

Tinggalkan pesan

Daftar pesan

Komentar Loading ...