看完这篇,4个步骤快速完成MOSFET选型

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。
要选择适合应用的器件,必须确定驱动器件所需的电压,以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压,或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大,器件的成本就越高。根据实践经验,额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护,使mosfet不会失效。就选择mosfet而言,必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压,即最大vds。知道mosfet能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围,确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。
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。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。
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。
第四步:决定开关性能
选择mosfet的最后一步是决定mosfet的开关性能。
影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗,因为在每次开关时都要对它们充电。mosfet的开关速度因此被降低,器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(eon)和关闭过程中的损耗(eoff)。mosfet开关的总功率可用如下方程表达:psw=(eon+eoff)×开关频率。而栅极电荷(qgd)对开关性能的影响最大。


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