在一些電路的設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)使用MOS管,,正確選擇MOS管是硬件工程師經(jīng)常遇到的問(wèn)題,,更是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),,MOS管選擇不好有可能影響到整個(gè)電路的效率和成本,了解不同的MOS管部件的細(xì)微差別及不同開(kāi)關(guān)電路中的應(yīng)用,,會(huì)避免很多問(wèn)題,。
1、是用N溝道還是P溝道 ,。選擇好MOS管器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOS管,。在典型的功率應(yīng)用中,當(dāng)一個(gè)MOS管接地,,而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí),,該MOS管就構(gòu) 成了低壓側(cè)開(kāi)關(guān),。在低壓側(cè)開(kāi)關(guān)中,應(yīng)采用N溝道MOS管,,這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤],。當(dāng)MOS管連接到總線及負(fù)載接地時(shí),就要用高壓側(cè)開(kāi)關(guān),。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道MOS管,,這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。
2,、確定所需的額定電壓,,或者器件所能承受的最大電壓。額定電壓越大,,器件的成本就越高,。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓,。這樣才能提供足夠的保護(hù),使MOS管不會(huì)失效,。就選擇MOS管而言,,必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓,即最大VDS,。知道MOS管能承受的最大電壓會(huì)隨溫度而變化這點(diǎn)十分重要,。我們須在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)測(cè)試電壓的變化范圍。額定 電壓必須有足夠的余量覆蓋這個(gè)變化范圍,,確保電路不會(huì)失效,。需要考慮的其他安全因素包括由開(kāi)關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定 電壓也有所不同,;通常,,便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源為20~30V,、85~220VAC應(yīng)用為450~600V,。
3、確定MOS管的額定電流,。該額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下能夠承受的最大電流,。與電壓的情況相似,確保所選的MOS管能承受這個(gè)額定電流,,即使在系統(tǒng)產(chǎn)生 尖峰電流時(shí),。兩個(gè)考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下,,MOS管處于穩(wěn)態(tài),,此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件,。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電 流)流過(guò)器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,,只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可,。
選好額定電流后,還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗,。在實(shí)際情況 下,,MOS管并不是理想的器件,因?yàn)樵趯?dǎo)電過(guò)程中會(huì)有電能損耗,,這稱之為導(dǎo)通損耗,。MOS管在“導(dǎo)通”時(shí)就像一個(gè)可變電阻,由器件RDS(ON)所確定,,并隨溫度而顯著變化,。器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計(jì)算,由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化,,因此功率耗損也會(huì)隨之按比例變化,。對(duì)MOS管施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會(huì)越??;反之RDS(ON)就會(huì)越高。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升,。關(guān)于RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到,。
4、選擇MOS管的下一步是系統(tǒng)的散熱要求,。須考慮兩種不同的情況,,即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果,,因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量,,能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù),;
器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+[熱阻×功率耗散]),。根據(jù)這個(gè)式子可解出系統(tǒng)的最大功率耗散,即按定義相等于I2×RDS(ON),。我們已將要通過(guò)器件的最大電流,,可以計(jì)算出不同溫度下的RDS(ON)。另外,,還要做好電路板及其MOS管的散熱,。
雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過(guò)最大值,并形成強(qiáng)電場(chǎng)使器件內(nèi)電流增加。晶片尺寸的增加會(huì)提高抗雪崩能力,,最終提高器件的穩(wěn)健性,。因此選擇更大的封裝件可以有效防止雪崩。
5,、選擇MOS管的最后一步是決定MOS管的開(kāi)關(guān)性能,。影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)有很多,但最重要的是柵極/漏極,、柵極/ 源極及漏極/源極電容,。這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗,因?yàn)樵诿看伍_(kāi)關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電,。MOS管的開(kāi)關(guān)速度因此被降低,,器件效率也下降。為計(jì)算開(kāi)關(guān)過(guò)程中器件的總損耗,,要計(jì)算開(kāi)通過(guò)程中的損耗(Eon)和關(guān)閉過(guò)程中的損耗(Eoff),。MOSFET開(kāi)關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá):Psw= (Eon+Eoff)×開(kāi)關(guān)頻率。而柵極電荷(Qgd)對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響最大,。