Điểm lựa chọn MOSFET

Sự lựa chọn củaMOSFETlà rất quan trọng, một lựa chọn tồi có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng năng lượng của toàn bộ mạch, việc nắm vững các sắc thái của các thành phần và thông số MOSFET khác nhau trong các mạch chuyển mạch khác nhau có thể giúp các kỹ sư tránh được nhiều vấn đề, sau đây là một số khuyến nghị của Guanhua Weiye để lựa chọn MOSFET.

Đầu tiên, kênh P và kênh N

Bước đầu tiên là xác định việc sử dụng MOSFET kênh N hoặc kênh P. trong các ứng dụng nguồn, khi nối đất MOSFET và tải được kết nối với điện áp đường trục,MOSFETtạo thành một công tắc phía điện áp thấp. Trong chuyển mạch phía điện áp thấp, MOSFET kênh N thường được sử dụng để xem xét điện áp cần thiết để tắt hoặc bật thiết bị. Khi MOSFET được kết nối với bus và đất tải, một công tắc phía điện áp cao sẽ được sử dụng. MOSFET kênh P thường được sử dụng do các cân nhắc về điện áp truyền động. Để chọn đúng thành phần cho ứng dụng, điều quan trọng là phải xác định điện áp cần thiết để điều khiển thiết bị và mức độ dễ dàng thực hiện trong thiết kế. Bước tiếp theo là xác định mức điện áp yêu cầu hoặc điện áp tối đa mà thành phần có thể mang. Định mức điện áp càng cao thì giá thành của thiết bị càng cao. Trong thực tế, định mức điện áp phải lớn hơn điện áp đường trục hoặc bus. Điều này sẽ cung cấp đủ khả năng bảo vệ để MOSFET không bị hỏng. Để lựa chọn MOSFET, điều quan trọng là phải xác định điện áp tối đa có thể chịu được từ nguồn đến nguồn, tức là VDS tối đa, vì vậy điều quan trọng là phải biết rằng điện áp tối đa mà MOSFET có thể chịu được thay đổi theo nhiệt độ. Nhà thiết kế cần kiểm tra dải điện áp trên toàn bộ dải nhiệt độ hoạt động. Điện áp định mức cần phải có đủ biên độ để bao phủ phạm vi này để đảm bảo mạch không bị hỏng. Ngoài ra, các yếu tố an toàn khác cần được xem xét về quá độ điện áp cảm ứng.

Thứ hai, xác định xếp hạng hiện tại

Đánh giá hiện tại của MOSFET phụ thuộc vào cấu trúc mạch. Định mức hiện tại 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 cần đảm bảo rằng MOSFET đã chọn có khả năng mang dòng điện định mức này, ngay cả khi hệ thống tạo ra dòng điện tăng vọt. Hai kịch bản hiện tại cần xem xét là chế độ liên tục và xung tăng đột biến. MOSFET ở trạng thái ổn định ở chế độ dẫn liên tục, khi dòng điện chạy liên tục qua thiết bị. Xung tăng đột biến đề cập đến một số lượng lớn các xung đột biến (hoặc xung dòng điện) chạy qua thiết bị, trong trường hợp đó, khi dòng điện tối đa 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, tổn hao dẫn điện cũng được tính toán. Trong những trường hợp cụ thể,MOSFETkhông phải là thành phần lý tưởng vì tổn thất điện xảy ra trong quá trình dẫn điện, gọi là tổn thất dẫn điện. Khi "bật", MOSFET hoạt động như một điện trở thay đổi, được xác định bởi RDS(ON) của thiết bị và thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Tổn thất điện năng của thiết bị có thể được tính từ Iload2 x RDS(ON) và do điện trở bật thay đổi theo nhiệt độ nên tổn thất điện năng thay đổi tỷ lệ thuận. Điện áp VGS cấp cho MOSFET càng cao thì RDS(ON) càng thấp; ngược lại, RDS(ON) 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, 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.

Công nghệ có tác động to lớn đến các đặc tính của linh kiện và một số công nghệ có xu hướng dẫn đến tăng RDS(ON) khi tăng VDS tối đa. Đối với những công nghệ như vậy, cần phải tăng kích thước tấm bán dẫn nếu giảm VDS và RDS(ON), do đó làm tăng kích thước gói đi kèm và chi phí phát triển tương ứng. Có một số công nghệ trong ngành nhằm kiểm soát sự gia tăng kích thước tấm bán dẫn, trong đó quan trọng nhất là công nghệ cân bằng rãnh và điện tích. Trong công nghệ rãnh, một rãnh sâu được gắn vào tấm bán dẫn, thường dành riêng cho điện áp thấp, để giảm RDS(ON) trên điện trở.

III. Xác định yêu cầu tản nhiệt

Bước tiếp theo là tính toán các yêu cầu về nhiệt của hệ thống. Hai kịch bản khác nhau cần được xem xét, trường hợp xấu nhất và trường hợp thực tế. TPV khuyến nghị tính toán kết quả cho trường hợp xấu nhất vì phép tính này mang lại mức độ an toàn cao hơn và đảm bảo rằng hệ thống sẽ không bị lỗi.

IV. Chuyển đổi hiệu suất

Cuối cùng là hiệu suất chuyển mạch của MOSFET. Có nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển mạch, những thông số quan trọng là điện dung cổng/cống, cổng/nguồn và điện dung cống/nguồn. Những điện dung này tạo thành tổn thất chuyển mạch trong linh kiện do cần phải sạc chúng mỗi khi chúng được chuyển đổi. Kết quả là tốc độ chuyển mạch của MOSFET giảm và hiệu suất của thiết bị giảm. Để tính tổng tổn thất trong thiết bị trong quá trình chuyển mạch, người thiết kế cần tính toán tổn thất khi bật (Eon) và tổn thất khi tắt (Eoff). Điều này có thể được biểu thị bằng phương trình sau: Psw = (Eon + Eoff) x tần số chuyển mạch. Và điện tích cổng (Qgd) có tác động lớn nhất đến hiệu suất chuyển mạch.