1.المقدمة

الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة تأتي في أربعة أنواع مختلفة. ويمكن أن تكون تعزيز أو وضع نضوب، وأنها قد تكون ن القناة أو القنوات ص. نحن مهتمون فقط في قناة ن الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة تعزيز وضع، وهذه سوف تكون الوحيدة تحدث عن من الآن فصاعدا. هناك أيضا الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة على مستوى المنطق والدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة العادية. يمكننا استخدام أي نوع.

محطة المصدر هي عادة سلبي واحد، واستنزاف هو إيجابي (أسماء تشير إلى المصدر ونزيف الإلكترونات). ويبين الرسم البياني أعلاه الصمام الثنائي متصلا عبر MOSFET. وهذا ما يسمى الصمام الثنائي "الصمام الثنائي جوهري"، لأنها بنيت في هيكل السيليكون من MOSFET. بل هو نتيجة للطريقة التي تم إنشاؤها الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة السلطة في طبقات من السيليكون، ويمكن أن تكون مفيدة جدا. في معظم أبنية MOSFET، وتصنف في نفس الوقت الحالي كما MOSFET نفسها.

2. اختيار MOSFET.

لدراسة المعلمات من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، فمن المفيد أن يكون ورقة بيانات عينة لتسليم. انقر هنا لفتح ورقة بيانات لالمعدل IRF3205 الدولية، وهو ما سيتم في اشارة الى. أولا يجب أن نذهب من خلال بعض المعالم البارزة التي نحن سوف يكون التعامل معها.

2.1. MOSFET معلمات

على المقاومة ، R_{س (على).}
هذه هي المقاومة بين المحطات المصدر واستنزاف عند تشغيل MOSFET بشكل كامل على.

أقصى تيار استنزاف ، أنا_{د (أماهx).}
هذا هو الحد الأقصى الحالي أن MOSFET يمكن أن يقف المارة من استنزاف للمصدر. يتحدد إلى حد كبير من قبل مجموعة وطلقة (على).

تبديد الطاقة ، ص_d.
هذا هو الحد الأقصى القدرة على التعامل مع السلطة من MOSFET، الذي يعتمد إلى حد كبير على نوع من حزمة أنها في.

عامل derating الخطي.
هذا هو مقدار الحد الأقصى للمعلمة تبديد قوة فوق يجب تخفيض في درجة مئوية، وترتفع درجة الحرارة فوق 25ºC.

الطاقة الجليدية E._A
هذا هو مقدار الطاقة في MOSFET يمكن أن يصمد في ظل ظروف الانهيار. يحدث انهيار جليدي عند تجاوز الحد الأقصى للاستنزاف الجهد إلى المصدر، ويندفع تيار من خلال MOSFET. هذا لا يتسبب في ضرر دائم طويلة مثل الطاقة (طاقة وقت x) في سيل لا يتجاوز الحد الأقصى.

انتعاش الصمام الثنائي ، dv / dt
هذا هو مدى سرعة الصمام الثنائي جوهري يمكن أن تذهب من خارج الدولة (عكس متحيزة) لفي الدولة (إجراء). ذلك يعتمد على كيف كان الكثير من الجهد عبرها قبل أن قيد التشغيل. ومن هنا جاء الوقت الذي يستغرقه، ر = (عكس الجهد / ذروة الانتعاش الصمام الثنائي).

Dجهد انهيار المطر إلى المصدر ، V_{مفاجآت صيف دبي}.
هذا هو الحد الأقصى الجهد التي يمكن وضعها من استنزاف للمصدر عند تشغيل MOSFET قبالة.

المقاومة الحرارية θ_jc.
لمزيد من المعلومات حول المقاومة الحرارية، انظر الفصل المتعلق خافضات حرارة.

جهد عتبة البوابة ، V_{ع (ال)}
هذا هو الحد الأدنى من الجهد المطلوب بين البوابة ومصدر محطات لتحويل MOSFET جرا. وسوف تحتاج إلى أكثر من هذا لتحويله بالكامل على.

ناقل الحركة الأمامي ، ز_fs
كما يتم زيادة الجهد بوابة المصدر، عندما MOSFET هو مجرد بداية لتشغيل، لديها علاقة خطية إلى حد ما بين VGS واستنزاف الحالية. هذه المعلمة هي ببساطة (رقم / VGS) في هذا القسم الخطي.

سعة الإدخال ، C_{محطة الفضاء الدولية}
هذا هو السعة جمعها بين محطة البوابة ومحطات المصدر واستنزاف. السعة للهجرة هو الأكثر أهمية.

هناك مقدمة أكثر تفصيلا الدوائر المتكاملة في (PDF) وثيقة الدولي المعدل البهلوان أساسيات MOSFET السلطة. هذا ما يفسر حيث تأتي بعض المعلمات من حيث بناء MOSFET.

2.2. جعل الاختيار

الطاقة والحرارة

قوة أن MOSFET سيكون ليتعامل مع واحدة من العوامل الحاسمة الكبرى. قوة تبدد في MOSFET هو الجهد عبرها مرات الحالي يمر عليه. على الرغم من أنه هو تحويل كميات كبيرة من الطاقة، وهذا ينبغي أن تكون صغيرة إلى حد ما بسبب إما الجهد عبرها صغير جدا (تم إغلاق التبديل - MOSFET على)، أو التيار يمر أنها صغيرة جدا (التبديل مفتوح - MOSFET هو إيقاف). فإن الجهد عبر MOSFET عندما يكون على أن تكون مقاومة للMOSFET، RDS (على) أضعاف التيار الذهاب شامل عليه. وهذه المقاومة، RDSon، على الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة قوة جيدة يكون أقل من 0.02 أوم. ثم قوة تبدد في MOSFET هي:

للتيار 40 أمبير، RDSon من 0.02 أوم، هذه السلطة هي 32 واتس. بدون غرفة التبريد، فإن MOSFET يحرق بها تشتيت هذه السلطة كثيرا. اختيار غرفة التبريد هو موضوع في حد ذاته، والذي هو السبب في أن هناك فصلا المخصصة لذلك: خافضات حرارة.

والمقاومة في ليست هي السبب الوحيد لتبديد الطاقة في MOSFET. يحدث مصدر آخر عندما MOSFET والتبديل بين الدول. لفترة قصيرة من الوقت، وMOSFET هو نصف يوم ونصف قبالة. باستخدام نفس الأرقام سبيل المثال على النحو الوارد أعلاه، قد يكون التيار بنصف القيمة، 20 أمبير، ويمكن أن يكون الجهد بنصف القيمة، 6 فولت في نفس الوقت. الآن قوة تبدد هي 20 × 6 = 120 واتس. ومع ذلك، فإن MOSFET ويبدد هذا فقط لفترة قصيرة من الزمن أن MOSFET والتبديل بين الدول. وبالتالي فإن متوسط تبديد الطاقة الناجمة عن هذا هو أقل كثيرا، ويعتمد على النسبية الأوقات أن MOSFET والتحول وليس التحول. وبالنظر إلى متوسط تبديد بالمعادلة:

2.3. مثال:

المشكلة يتم تبديل وMOSFET في 20kHz، ويأخذ 1 ميكروثانية للتبديل بين الدول (إلى خارج وخارج لعلى). امدادات التيار الكهربائي هو 12v و40 أمبير الحالي. حساب متوسط فقدان الطاقة التبديل، على افتراض الجهد والحالية في القيم النصف خلال فترة التحول.

حل: في 20kHz، هناك MOSFET حدوث تبديل كل 25 ميكروثانية (تبديل على كل 50 ميكروثانية، والتحول من كل 50 ميكروثانية). ولذلك، فإن نسبة من وقت التبديل إلى الوقت الإجمالي هو 1 / 25 = 0.04. تبديد الطاقة عند التبديل هو (12v / 2) س (40A / 2) = 120 واتس. وبالتالي فإن متوسط الخسارة التحول هو 120W س 0.04 = 4.8 واتس.

يتطلب أي تبديد قوة فوق حول 1 وات أن MOSFET هي التي شنت على غرفة التبريد. الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة قوة تأتي في مجموعة متنوعة من حزم، ولكن لديها عادة علامة تبويب المعدن الذي يوضع على غرفة التبريد، ويستخدم لإجراء الحرارة بعيدا عن أشباه الموصلات MOSFET.

والتعامل مع السلطة من حزمة من دون غرفة التبريد إضافي صغير جدا. في بعض الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، ويرتبط التبويب المعادن داخليا لإحدى محطات الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة - عادة نزيف. هذا هو وضع غير موات لأنه يعني أنه لا يمكن أن يصلح MOSFET أكثر من واحد إلى غرفة التبريد دون عزل كهربائيا حزمة MOSFET من غرفة التبريد المعدنية. ويمكن القيام بذلك مع ورقة الميكا رقيقة وضعت بين حزمة وغرفة التبريد. بعض الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة لديها حزمة معزولة عن المحطات، والذي هو أفضل. في نهاية اليوم من المحتمل أن يكون مقرها في السعر ولكن قرارك!

2.3.1. استنزاف الحالي

يتم الإعلان الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة عموما أقصى استنزاف الحالية. دعاية مغالى فيها الإعلان، وقائمة الميزات على الجزء الأمامي من ورقة البيانات قد اقتبس استنزاف مستمر الحالية، رقم، من 70 أمبير، واستنزاف تيار نابض من 350 أمبير. يجب أن تكون حذرا جدا مع هذه الأرقام. فهي ليست متوسط القيم العامة، ولكن الحد الأقصى للMOSFET سيحمل في ظل أفضل الظروف الممكنة. لبداية، ونقلت أنها في العادة للاستعمال عند درجة حرارة حزمة من 25 درجة مئوية. ومن المستبعد جدا عندما يتم تمرير 70 أمبير أن القضية ستظل في 25ºC! في ورقة البيانات يجب أن يكون هناك رسم بياني لكيفية derates هذا الرقم مع زيادة درجة الحرارة.

دائما نقلت واستنزاف الحالية نابض تحت تبديل الظروف مع الزمن التحول في الكتابة صغيرة جدا في الجزء السفلي من الصفحة! وهذا قد يكون الحد الأقصى لعرض النبضة من بضع مئات من ميكروثانية، ودورة عمل (النسبة المئوية من الوقت على لOFF)٪ فقط 2، وهي ليست عملية جدا. لمزيد من المعلومات حول هذا التقييم الحالية من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، إلقاء نظرة على هذه الوثيقة الدولية المعدل.

إذا لم تتمكن من العثور على MOSFET واحد مع عال بما فيه الكفاية أقصى استنزاف الحالية، ثم يمكنك توصيل أكثر من واحد في نفس الوقت. انظر لاحقا للحصول على معلومات حول كيفية القيام بذلك.

2.3.2. سرعة

سوف تكون باستخدام MOSFET في وضع تحولت إلى التحكم في سرعة المحركات. كما رأينا سابقا، ويعد أن الدائرة الالكترونية في الدولة حيث أنها ليست على ولا خارج، والمزيد من الطاقة التي سوف تتبدد. بعض الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة هي أسرع من غيرها. ومعظم تلك الحديثة يكون من السهل سريع بما فيه الكفاية للتبديل في عدة عشرات من كيلو هرتز، لأن هذا هو دائما تقريبا كيفية استخدامها. على الصفحة 2 من ورقة البيانات، يجب أن تشاهد المعلمات بدوره على تأخير الوقت، رايز الوقت، وبدوره أوف تأخير الوقت والوقت خريف. إذا كانت هذه تضاف كل شيء، وسوف تعطيك الحد الأدنى من فترة موجة مربع التقريبية التي يمكن أن تستخدم للتبديل هذا MOSFET: 229ns. وهذا يمثل تواتر 4.3MHz. لاحظ أنه سوف تحصل على الساخن جدا على الرغم من أنها سوف تنفق الكثير من وقته في تحويل أكثر من دولة.

3. وهناك مثال تصميم

للحصول على فكرة عن كيفية استخدام المعلمات، والرسوم البيانية في ورقة البيانات، وسوف نذهب من خلال مثال تصميم:
المشكلة: تم تصميم دارة تحكم سرعة جسر الكامل للسيطرة على المحركات 12v. يجب أن تكون وتيرة التحول فوق الحد مسموعة (20kHz). المحرك لديه مقاومة إجمالية قدرها 0.12 أوم. اختيار الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة مناسبة لدائرة الجسر، في حدود معقولة السعر، واقتراح أي heatsinking التي قد تكون مطلوبة. يفترض في درجة حرارة الغرفة لتكون 25ºC.

حل: يتيح إلقاء نظرة على IRF3205 ومعرفة ما إذا كان مناسبا. أولا هجرة الشرط الحالي. في المماطلة، فإن المحرك تأخذ 12v / 0.12 أوم = 100 أمبير. وسوف نبذل أول تخمين في درجة الحرارة تقاطع، في 125ºC يجب علينا أن نجد ما هو الحد الأقصى استنزاف الحالية في 125ºC أولا. الرسم البياني رقم 9 يبين لنا أنه في 125ºC، والحد الأقصى استنزاف الحالي هو نحو 65 أمبير. لذلك IRF2s 3205 بالتوازي ينبغي أن تكون قادرة في هذا الصدد.

مقدار الطاقة سوف يبدد اثنين من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة موازية؟ لنبدأ مع تبديد الطاقة في حين على والسيارات المتوقفة، أو بدأت للتو. وهذا هو العصر المربعة الحالية للمقاومة على. ما هو RDS (على) في 125ºC؟ ويبين الشكل 4 كيفية derated ذلك من قيمة صفحتها الأولى لل0.008 أوم، بعامل حول 1.6. ولذلك، فإننا نفترض أن RDS (على) أن تكون 0.008 س 1.6 = 0.0128. لذلك PD = 50 س س 50 0.0128 = 32 واتس. كم من الوقت سوف المحرك أن يكون إما توقفت أو البدء؟ هذا من المستحيل القول، لذلك سيكون لدينا لتخمين. 20٪ من الوقت لا بأس به شخصية محافظة - أنه من المرجح أن يكون أقل كثيرا. منذ الطاقة تسبب الحرارة، وتوصيل الحرارة هو تماما عملية بطيئة، وتأثير تبديد الطاقة يميل إلى الحصول على متوسط على مدى فترات زمنية طويلة جدا، في منطقة ثواني. ولذلك يمكننا أن derate من متطلبات السلطة مع نقل 20٪، لتصل في المتوسط تبديد قوة 32W س 20٪ = 6.4W.

الآن يجب أن نضيف قوة تبدد بسبب التحول. يحدث هذا أثناء صعود وهبوط مرات، والتي نقلت في الجدول الخصائص الكهربائية كما 100ns و70ns على التوالي. يمكن افتراض أن سائق MOSFET العرض الحالي كاف لتلبية الاحتياجات من هذه الأرقام (بوابة المقاومة مصدر بالسيارة من 2.5 أوم = نبض الانتاج محرك تيار 12v / 2.5 أوم = 4.8 أمبير)، ثم نسبة وقت التبديل إلى حالة استقرار الوقت 170ns * 20kHz = 3.4mW وهو negligable. هذه التوقيتات على الخروج هي النفط الخام قليلا ولكن لمزيد من المعلومات حول على الخروج مرات، انظر هنا.

الآن ما هي متطلبات التحول؟ السفينة سائق MOSFET نحن نستخدم والتعامل مع أكثر من هذه، ولكن التحقق من قيمته. بدوره على الجهد، VGS (ال)، من الرسوم البيانية في الشكل 3 ما يزيد قليلا على 5 فولت. لقد رأينا بالفعل أن السائق يجب أن تكون قادرة على مصدر 4.8 أمبير لفترة قصيرة جدا من الزمن.

الآن ماذا عن غرفة التبريد. قد ترغب في قراءة الفصل على خافضات قبل هذا القسم. نحن نريد للحفاظ على درجة الحرارة لتقاطع أشباه الموصلات أدناه 125ºC، وقيل لنا أن درجة الحرارة المحيطة هي 25ºC. لذلك، مع MOSFET تشتيت 6.4W في المتوسط، يجب أن يكون مجموع المقاومة الحرارية أقل من (125 - 25) / 6.4 = 15.6 درجة مئوية / W. المقاومة الحرارية من تقاطع لحالة تعوض عن 0.75 درجة مئوية / W من هذا، حالة نموذجية للقيم غرفة التبريد (باستخدام المجمع الحراري) هي 0.2 درجة مئوية / W، الأمر الذي يترك 15.6 - 0.75 - 0.2 = 14.7 درجة مئوية / W لغرفة التبريد نفسها. خافضات حرارة من هذه القيمة θjc صغيرة جدا ورخيصة. لاحظ أن نفس غرفة التبريد يمكن أن تستخدم في كل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة إلى اليسار أو إلى اليمين من الحمل في جسر H-، لأن هذه الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة هما أبدا على حد سواء في نفس الوقت، وهكذا لا يمكن أبدا أن كل من يتم تشتيت القوة في نفس الوقت. يجب أن تكون الحالات منها معزولة كهربائيا ولكن. راجع صفحة خافضات حرارة لمزيد من المعلومات عن العزلة الكهربائية اللازمة.

4. السائقين MOSFET

لتحويل MOSFET السلطة، يجب تعيين محطة بوابة الجهد ما لا يقل عن 10 فولت أكبر من محطة المصدر (حوالي 4 فولت لموسفيتس مستوى المنطق). هذا هو مريح فوق (ال) المعلمة VGS.

ميزة واحدة من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة قوة هي أن لديهم السعة الضالة كبيرة بين البوابة والمحطات الأخرى، سيسيه. تأثير هذا هو أنه عندما يصل النبض إلى محطة البوابة، فإنه يجب أولا تهمة هذه السعة حتى قبل الجهد بوابة يمكن ان تصل الى فولت 10 المطلوبة. محطة بوابة ثم فعال لا تأخذ الحالي. وبالتالي فإن الدائرة التي تحرك يجب أن يكون محطة بوابة قادرة على توفير تيار معقولة حتى يمكن توجيه الاتهام السعة الضالة تصل في أسرع وقت ممكن. أفضل طريقة للقيام بذلك هو استخدام مخصص رقاقة سائق MOSFET.

هناك الكثير من رقائق سائق MOSFET متاح من العديد من الشركات. وتظهر بعض مع وصلات إلى أوراق البيانات في الجدول أدناه. تتطلب بعض محطة مصدر MOSFET أن ترتكز (لالدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة 2 أقل في جسر كامل أو مجرد دارة التبديل بسيطة). بعض يمكن أن تدفع MOSFET مع مصدر في الجهد العالي. هذه لديها مضخة تهمة على الرقاقة، وهو ما يعني أنها يمكن أن تولد فولت 22 المطلوبة لتحويل MOSFET العلوي في brifge كامل على. وTDA340 حتى يتحكم في تسلسل swicthing بالنسبة لك. بعض ان نورد بقدر 6 أمبير التيار كما نبضة قصيرة جدا لتهمة تصل السعة بوابة الضالة.

لمزيد من المعلومات حول الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة وكيفية إخراجهم، المعدل الدولي لديه مجموعة من الأوراق التقنية على نطاق HEXFET هنا.

في كثير من الأحيان سترى المقاوم قيمة منخفضة بين السائق MOSFET ومحطة بوابة MOSFET. هذا هو لتخفيف الضغط على أي اهتزازات رنين الناجمة عن التقدم في الحث والسعة البوابة التي يمكن أن يتجاوز ذلك الحد الأقصى من الجهد المسموح بها على محطة البوابة. أيضا يبطئ المعدل الذي وMOSFET يتحول على نحو متقطع. هذا يمكن أن يكون مفيدا إذا الثنائيات الجوهرية في MOSFET لا تشغيل سريع بما فيه الكفاية. المزيد من التفاصيل عن هذا ويمكن العثور عليها في وثائق تقنية الدولي المعدل.

5. الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة موازاة

الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة يمكن وضعها في موازاة تحسين قدرة التعامل الحالية. ببساطة الانضمام إلى بوابة المصدر ومحطات الصرف معا. يمكن أن يتوازى مع أي عدد من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، ولكن يلاحظ أن السعة بوابة تضيف ما يصل كما كنت موازية المزيد من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، وفي النهاية فإن سائق MOSFET لن تكون قادرة على دفع لهم. لاحظ أنه لا يمكن parellel الترانزستورات ثنائية القطب مثل هذا. وتناقش الأسباب وراء ذلك في ورقة تقنية هنا.

السابق:ما هو MOSFET، ما لم تبدو وكأنها، وكيف يعمل؟

التالى:FMUSER X01 وزير الخارجية الارسال يجلب راديو إلى المناطق التي مزقتها الحرب

اترك رسالة

قائمة الرسالة

تحميل التعليقات ...