MOSFET Paket Anahtarlama Tüpü Seçimi ve Devre Şemaları

İlk adım bir seçim yapmaktır.MOSFET'lerİki ana tipte gelir: N-kanalı ve P-kanalı. Güç sistemlerinde MOSFET'ler elektrik anahtarları olarak düşünülebilir. N-kanallı bir MOSFET'in kapısı ile kaynağı arasına pozitif bir voltaj eklendiğinde anahtarı iletir. İletim sırasında akım, anahtardan drenajdan kaynağa doğru akabilir. Drenaj ile kaynak arasında, direnç RDS(ON) adı verilen bir iç direnç vardır. Bir MOSFET'in kapısının yüksek empedanslı bir terminal olduğu açık olmalıdır, dolayısıyla kapıya her zaman bir voltaj eklenir. Bu, daha sonra sunulacak devre şemasında kapının bağlandığı toprağa dirençtir. Kapının sarkık bırakılması durumunda cihaz tasarlandığı gibi çalışmayacak ve uygunsuz anlarda açılıp kapanarak sistemde potansiyel güç kaybına neden olabilecektir. Kaynak ile kapı arasındaki voltaj sıfır olduğunda anahtar kapanır ve cihazdan akım akışı durur. Bu noktada cihaz kapalı olmasına rağmen hala kaçak akım veya IDSS adı verilen küçük bir akım mevcuttur.

Adım 1: N kanalını veya P kanalını seçin

Bir tasarım için doğru cihazı seçmenin ilk adımı, N-kanallı mı yoksa P-kanallı MOSFET'in mi kullanılacağına karar vermektir. Tipik bir güç uygulamasında, bir MOSFET topraklandığında ve yük ana voltaja bağlandığında, bu MOSFET düşük voltajlı yan anahtarı oluşturur. Düşük voltajlı bir yan anahtarda, bir N-kanalıMOSFETCihazı kapatmak veya açmak için gereken voltaj dikkate alınarak kullanılmalıdır. MOSFET baraya bağlandığında ve yük topraklandığında yüksek gerilim tarafındaki anahtar kullanılacaktır. Bu topolojide, yine voltaj sürücüsü hususları için genellikle bir P-kanalı MOSFET kullanılır.

2. Adım: Mevcut derecelendirmeyi belirleyin

İkinci adım MOSFET'in mevcut derecelendirmesini seçmektir. Devre yapısına bağlı olarak bu akım değeri, yükün her koşulda dayanabileceği maksimum akım olmalıdır. Gerilim durumuna benzer şekilde tasarımcı, sistem ani akımlar ürettiğinde bile seçilen MOSFET'in bu akım değerine dayanabileceğinden emin olmalıdır. Göz önünde bulundurulan iki mevcut durum, sürekli mod ve darbe artışlarıdır. Bu parametre referans olarak FDN304P tüp VERİ SAYFASI'nı temel alır ve parametreler şekilde gösterilmektedir:

Sürekli iletim modunda, akım cihazdan sürekli olarak aktığında MOSFET kararlı durumdadır. Darbe ani yükselmeleri, cihazdan büyük miktarda dalgalanma (veya ani akım) aktığı zamandır. Bu koşullar altında maksimum akım belirlendikten sonra, bu maksimum akıma dayanabilecek bir cihazın doğrudan seçilmesi meselesidir.

Nominal akımı seçtikten sonra iletim kaybını da hesaplamanız gerekir. Uygulamada,MOSFETideal bir cihaz değildir çünkü iletken süreçte iletim kaybı adı verilen güç kaybı yaşanacaktır. MOSFET, cihazın RDS'si (ON) ve sıcaklık ve önemli değişikliklerle belirlenen değişken bir direnç gibi "açık" durumdadır. Cihazın güç dağıtımı Iload2 x RDS(ON)'dan hesaplanabilir ve açık direnç sıcaklıkla değiştiğinden, güç dağıtımı orantılı olarak değişir. MOSFET'e uygulanan VGS voltajı ne kadar yüksek olursa, RDS(ON) o kadar küçük olur; tersine RDS(ON) o kadar yüksek olacaktır. Sistem tasarımcısı için sistem voltajına bağlı olarak ödünleşimlerin devreye girdiği yer burasıdır. Taşınabilir tasarımlar için daha düşük voltajların kullanılması daha kolaydır (ve daha yaygındır), endüstriyel tasarımlarda ise daha yüksek voltajlar kullanılabilir. RDS(ON) direncinin akımla birlikte biraz arttığını unutmayın. RDS(ON) direncinin çeşitli elektriksel parametrelerindeki değişiklikler, üretici tarafından sağlanan teknik veri sayfasında bulunabilir.

Adım 3: Termal Gereksinimleri Belirleyin

MOSFET seçiminde bir sonraki adım sistemin termal gereksinimlerini hesaplamaktır. Tasarımcı, en kötü durum ve gerçek durum olmak üzere iki farklı senaryoyu dikkate almalıdır. En kötü durum senaryosunun hesaplanması önerilir çünkü bu sonuç daha büyük bir güvenlik marjı sağlar ve sistemin arızalanmamasını sağlar. MOSFET veri sayfasında dikkat edilmesi gereken bazı ölçümler de vardır; paketlenmiş cihazın yarı iletken bağlantı noktası ile ortam arasındaki termal direnç ve maksimum bağlantı sıcaklığı gibi.

Cihazın bağlantı sıcaklığı, maksimum ortam sıcaklığı artı termal direnç ve güç dağıtımının çarpımına eşittir (bağlantı sıcaklığı = maksimum ortam sıcaklığı + [termal direnç × güç dağıtımı]). Bu denklemden sistemin maksimum güç kaybı çözülebilir; bu tanım gereği I2 x RDS(ON)'a eşittir. Cihazdan geçecek maksimum akım personel tarafından belirlendiğinden farklı sıcaklıklar için RDS(ON) hesaplanabilmektedir. Basit termal modellerle uğraşırken tasarımcının aynı zamanda yarı iletken bağlantı noktasının/cihaz kasasının ve kasanın/ortamın ısı kapasitesini de dikkate alması gerektiğini belirtmek önemlidir; yani baskılı devre kartının ve paketin hemen ısınmaması gerekmektedir.

Genellikle, bir PMOSFET'te parazitik bir diyot mevcut olacaktır, diyotun işlevi kaynak-drenaj ters bağlantısını önlemektir, PMOS için NMOS'a göre avantajı, açılma voltajının 0 olabilmesidir ve arasındaki voltaj farkıdır. DS voltajı çok fazla değilken, NMOS koşulu altında VGS'nin eşikten daha büyük olmasını gerektirir, bu da kontrol voltajının kaçınılmaz olarak gerekli voltajdan daha yüksek olmasına yol açacak ve gereksiz sorun yaşanacaktır. PMOS aşağıdaki iki uygulama için kontrol anahtarı olarak seçilmiştir:

Cihazın bağlantı sıcaklığı, maksimum ortam sıcaklığı artı termal direnç ve güç dağıtımının çarpımına eşittir (bağlantı sıcaklığı = maksimum ortam sıcaklığı + [termal direnç × güç dağıtımı]). Bu denklemden sistemin maksimum güç kaybı çözülebilir; bu tanım gereği I2 x RDS(ON)'a eşittir. Tasarımcı cihazdan geçecek maksimum akımı belirlediğinden farklı sıcaklıklar için RDS(ON) hesaplanabilmektedir. Basit termal modellerle uğraşırken tasarımcının aynı zamanda yarı iletken bağlantı/cihaz kasasının ve kasanın/ortamın ısı kapasitesini de dikkate alması gerektiğini belirtmek önemlidir; yani baskılı devre kartının ve paketin hemen ısınmaması gerekmektedir.

Bu devreye bakıldığında, PGC kontrol sinyali V4.2'nin P_GPRS'ye güç sağlayıp sağlamadığını kontrol eder. Bu devrenin kaynak ve drenaj terminalleri ters bağlı değil, R110 ve R113 anlamında mevcut, R110 kontrol kapısı akımı çok büyük değil, R113 kontrol kapısı normal, R113 yüksek çekmeli, PMOS itibariyle , ancak aynı zamanda MCU dahili pimleri ve yukarı çekildiğinde, kontrol sinyalinde bir yukarı çekme olarak da görülebilir, yani çıkış açık-drenaj olduğunda açık-drenajın çıkışı ve PMOS'u kapatmayın, bu sırada harici voltajın yukarı çekilmesi gerekir, bu nedenle R113 direnci iki rol oynar. Çekmeyi sağlamak için harici bir voltaja ihtiyaç duyacaktır, bu nedenle R113 direnci iki rol oynar. r110 daha küçük olabilir, 100 ohm'a kadar da olabilir.