首先要进行mosfet的选择,mosfet有两大类型:n沟道和p沟道。在功率系统中,mosfet可被看成电气开关。当在n沟道mosfet的栅极和源极间加上正电压时,其开关导通。导通时,电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻,称为导通电阻rds(on)。必须清楚mosfet的栅极是个高阻抗端,因此,总是要在栅极加上一个电压。这就是后面介绍电路图中栅极所接电阻至地。如果栅极为悬空,器件将不能按设计意图工作,并可能在不恰当的时刻导通或关闭,导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时,开关关闭,而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭,但仍然有微小电流存在,这称之为漏电流,即idss。
第一步:选用n沟道还是p沟道
为设计选择正确器件的第一步是决定采用n沟道还是p沟道mosfet。在典型的功率应用中,当一个mosfet接地,而负载连接到干线电压上时,该mosfet就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用n沟道mosfet,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当mosfet连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用p沟道mosfet,这也是出于对电压驱动的考虑。
第二步:确定额定电流
第二步是选择mosfet的额定电流。视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的mosfet能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。该参数以fdn304p管datasheet为参考,参数如图所示:
在连续导通模式下,mosfet处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,mosfet并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。mosfet在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的rds(on)所确定,并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由iload2×rds(on)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对mosfet施加的电压vgs越高,rds(on)就会越小;反之rds(on)就会越高。对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。注意rds(on)电阻会随着电流轻微上升。关于rds(on)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
第三步:确定热要求
选择mosfet的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况,即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在mosfet的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。
器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散,即按定义相等于i2×rds(on)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的rds(on)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。
通常,一个pmos管,会有寄生的二极管存在,该二极管的作用是防止源漏端反接,对于pmos而言,比起nmos的优势在于它的开启电压可以为0,而ds电压之间电压相差不大,而nmos的导通条件要求vgs要大于阈值,这将导致控制电压必然大于所需的电压,会出现不必要的麻烦。选用pmos作为控制开关,有下面两种应用:
第一种应用,由pmos来进行电压的选择,当v8v存在时,此时电压全部由v8v提供,将pmos关闭,vbat不提供电压给vsin,而当v8v为低时,vsin由8v供电。注意r120的接地,该电阻能将栅极电压稳定地拉低,确保pmos的正常开启,这也是前文所描述的栅极高阻抗所带来的状态隐患。d9和d10的作用在于防止电压的倒灌。d9可以省略。这里要注意到实际上该电路的ds接反,这样由附生二极管导通导致了开关管的功能不能达到,实际应用要注意。
来看这个电路,控制信号pgc控制v4.2是否给p_gprs供电。此电路中,源漏两端没有接反,r110与r113存在的意义在于r110控制栅极电流不至于过大,r113控制栅极的常态,将r113上拉为高,截至pmos,同时也可以看作是对控制信号的上拉,当mcu内部管脚并没有上拉时,即输出为开漏时,并不能驱动pmos关闭,此时,就需要外部电压给予的上拉,所以电阻r113起到了两个作用。r110可以更小,到100欧姆也可。
2018年6月20日 | 周三 | 区块链早报
基于ARM的嵌入式多路信号数据采集系统
宽带自组网电台选型指导
LC谐振回路在高频小信号放大电路和高频功放电路中的作用
深圳大学:在柔性自修复传感器领域取得研究成果,将有望帮助视障人士有便利的沟通和学习方式
PMOS开关管的选择与电路图
2019年第三季度华为销量最高,华为Mate30系列关注度占比近七成
基于增量K均值分段HMM的识别算法在微机器人控制系统中的应用
连续激光焊接机的保护气对焊缝形状的影响
aigo双接口高速固态U盘 拯救小容量手机
MiniLED电视玩游戏有神秘加持?一起来探究看看
深度学习机器将可以创作各种曲风的音乐
魅族Pro7最新消息:魅族Pro7骁龙821终于摆脱联发科!狙击小米6
银川比亚迪新能源汽车基地首车下线!看看新车什么样?
苹果将在今年推出一款午夜蓝配色的iPhone 11 Pro Max
初次使用呼吸机要知道的4个基本参数
FED矩阵扫描功率放大电路的研究与设计
苹果新出了红色iPhone7/7Plus,那又怎样?
IDM龙头降价!晶圆代工大厂最新解读
线上线下打造大学生校园本地生活,来酷智生活校园店九城九校同开