Sơ đồ mạch và lựa chọn ống chuyển mạch gói MOSFET

Bước đầu tiên là tiến hành lựa chọnMOSFET, có hai loại chính: kênh N và kênh P. Trong hệ thống điện, MOSFET có thể được coi là công tắc điện. Khi một điện áp dương được thêm vào giữa cổng và nguồn của MOSFET kênh N, công tắc của nó sẽ hoạt động. Trong quá trình dẫn điện, dòng điện có thể chạy qua công tắc từ nguồn đến nguồn. Tồn tại một điện trở trong giữa cực máng và nguồn được gọi là RDS(ON) điện trở. Cần phải rõ ràng rằng cổng của MOSFET là một cực có trở kháng cao, do đó điện áp luôn được thêm vào cổng. Đây là điện trở nối đất mà cổng được kết nối trong sơ đồ mạch được trình bày sau. Nếu cổng bị treo lủng lẳng, thiết bị sẽ không hoạt động như thiết kế và có thể bật hoặc tắt vào những thời điểm không thích hợp, dẫn đến nguy cơ mất điện trong hệ thống. Khi điện áp giữa nguồn và cổng bằng 0, công tắc sẽ tắt và dòng điện ngừng chạy qua thiết bị. Mặc dù thiết bị đã tắt vào thời điểm này nhưng vẫn còn một dòng điện nhỏ hiện diện, được gọi là dòng điện rò rỉ hay IDSS.

Bước 1: Chọn kênh N hoặc kênh P

Bước đầu tiên trong việc chọn đúng thiết bị cho thiết kế là quyết định nên sử dụng MOSFET kênh N hay kênh P. trong một ứng dụng nguồn thông thường, khi MOSFET được nối đất và tải được kết nối với điện áp đường trục, MOSFET đó sẽ tạo thành công tắc phía điện áp thấp. Trong công tắc phía điện áp thấp, kênh NMOSFETnên được sử dụng do xem xét điện áp cần thiết để tắt hoặc bật thiết bị. Khi MOSFET được kết nối với bus và tải được nối đất, công tắc phía điện áp cao sẽ được sử dụng. MOSFET kênh P thường được sử dụng trong cấu trúc liên kết này, một lần nữa để xem xét truyền động điện áp.

Bước 2: Xác định xếp hạng hiện tại

Bước thứ hai là chọn xếp hạng hiện tại của MOSFET. Tùy thuộc vào cấu trúc mạch, định mức dòng điện này phải là dòng điện tối đa mà tải có thể chịu được trong mọi trường hợp. Tương tự như trường hợp điện áp, người thiết kế phải đảm bảo rằng MOSFET đã chọn có thể chịu được dòng điện định mức này, ngay cả khi hệ thống đang tạo ra dòng điện tăng vọt. Hai trường hợp hiện tại được xem xét là chế độ liên tục và xung tăng đột biến. Thông số này dựa trên BẢNG DỮ LIỆU của ống FDN304P làm tài liệu tham khảo và các thông số được thể hiện trong hình:

Ở chế độ dẫn liên tục, MOSFET ở trạng thái ổn định, khi dòng điện chạy liên tục qua thiết bị. Xung tăng đột biến là khi có một lượng lớn xung điện (hoặc dòng điện tăng đột biến) chạy qua thiết bị. Khi dòng điện tối đa trong các điều kiện này đã được xác định, vấn đề chỉ đơn giản là chọn trực tiếp một thiết bị có thể chịu được dòng điện tối đa này.

Sau khi chọn dòng điện định mức, bạn cũng phải tính toán tổn hao dẫn điện. Trong thực tế,MOSFETkhông phải là thiết bị lý tưởng, vì trong quá trình dẫn điện sẽ xuất hiện tổn thất điện năng gọi là tổn thất dẫn điện. MOSFET ở trạng thái "bật" giống như điện trở thay đổi, được xác định bởi RDS (BẬT) của thiết bị và với nhiệt độ cũng như những thay đổi đáng kể. Công suất tiêu tán của thiết bị có thể được tính từ Iload2 x RDS(ON) và do điện trở bật thay đổi theo nhiệt độ nên công suất tiêu tán cũng thay đổi tỷ lệ. Điện áp VGS cấp vào MOSFET càng cao thì RDS(ON) sẽ càng nhỏ; ngược lại RDS(ON) sẽ càng cao. Đối với người thiết kế hệ thống, đây là lúc sự cân bằng phát huy tác dụng tùy thuộc vào điện áp hệ thống. Đối với các thiết kế di động, việc sử dụng điện áp thấp hơn sẽ dễ dàng hơn (và phổ biến hơn), trong khi đối với các kiểu dáng công nghiệp, có thể sử dụng điện áp cao hơn. Lưu ý rằng điện trở RDS(ON) tăng nhẹ theo dòng điện. Có thể tìm thấy các biến thể trong các thông số điện khác nhau của điện trở RDS(ON) trong bảng dữ liệu kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp.

Bước 3: Xác định yêu cầu về nhiệt

Bước tiếp theo trong việc lựa chọn MOSFET là tính toán các yêu cầu về nhiệt của hệ thống. Người thiết kế phải xem xét hai tình huống khác nhau, trường hợp xấu nhất và trường hợp thực sự. Nên tính toán cho trường hợp xấu nhất vì kết quả này mang lại mức độ an toàn lớn hơn và đảm bảo rằng hệ thống sẽ không bị lỗi. Ngoài ra còn có một số phép đo cần lưu ý trên bảng dữ liệu MOSFET; chẳng hạn như điện trở nhiệt giữa điểm nối bán dẫn của thiết bị đóng gói và môi trường cũng như nhiệt độ điểm nối tối đa.

Nhiệt độ điểm nối của thiết bị bằng nhiệt độ môi trường tối đa cộng với tích của điện trở nhiệt và công suất tiêu tán (nhiệt độ điểm nối = nhiệt độ môi trường tối đa + [điện trở nhiệt × công suất tiêu tán]). Từ phương trình này, công suất tiêu tán tối đa của hệ thống có thể được giải, theo định nghĩa bằng I2 x RDS(ON). Vì nhân viên đã xác định dòng điện tối đa sẽ đi qua thiết bị nên RDS(ON) có thể được tính cho các nhiệt độ khác nhau. Điều quan trọng cần lưu ý là khi xử lý các mô hình nhiệt đơn giản, người thiết kế cũng phải xem xét khả năng tỏa nhiệt của điểm nối/vỏ thiết bị bán dẫn và vỏ/môi trường; tức là bảng mạch in và bao bì không được nóng lên ngay lập tức.

Thông thường, một PMOSFET sẽ có một diode ký sinh, chức năng của diode là ngăn chặn kết nối ngược nguồn-cống, đối với PMOS, ưu điểm so với NMOS là điện áp bật của nó có thể bằng 0 và chênh lệch điện áp giữa các cực. Điện áp DS không nhiều, trong khi NMOS ở điều kiện yêu cầu VGS phải lớn hơn ngưỡng, điều này sẽ dẫn đến điện áp điều khiển chắc chắn lớn hơn điện áp yêu cầu và sẽ xảy ra những rắc rối không đáng có. PMOS được chọn làm công tắc điều khiển cho hai ứng dụng sau:

Nhiệt độ điểm nối của thiết bị bằng nhiệt độ môi trường tối đa cộng với tích của điện trở nhiệt và công suất tiêu tán (nhiệt độ điểm nối = nhiệt độ môi trường tối đa + [điện trở nhiệt × công suất tiêu tán]). Từ phương trình này, công suất tiêu tán tối đa của hệ thống có thể được giải, theo định nghĩa bằng I2 x RDS(ON). Vì người thiết kế đã xác định dòng điện tối đa sẽ đi qua thiết bị nên RDS(ON) có thể được tính cho các nhiệt độ khác nhau. Điều quan trọng cần lưu ý là khi xử lý các mô hình nhiệt đơn giản, người thiết kế cũng phải xem xét khả năng tỏa nhiệt của điểm nối/vỏ thiết bị bán dẫn và vỏ/môi trường; tức là bảng mạch in và bao bì không được nóng lên ngay lập tức.

Nhìn vào mạch này, tín hiệu điều khiển PGC điều khiển xem V4.2 có cấp nguồn cho P_GPRS hay không. Mạch này, các cực nguồn và cực máng không nối ngược, R110 và R113 tồn tại theo nghĩa R110 điều khiển dòng cổng không quá lớn, R113 điều khiển cổng bình thường, R113 kéo lên cao, như của PMOS , nhưng cũng có thể được coi là tín hiệu điều khiển kéo lên, khi các chân bên trong MCU và kéo lên, nghĩa là đầu ra của cống mở khi đầu ra là cống mở và không thể tắt PMOS, lúc này cần có điện áp bên ngoài kéo lên nên điện trở R113 đóng hai vai trò. Nó sẽ cần một điện áp bên ngoài để tạo ra lực kéo lên, vì vậy điện trở R113 đóng hai vai trò. r110 có thể nhỏ hơn, đến 100 ohm cũng được.