انتخاب لوله و نمودارهای مدار سوئیچینگ بسته ماسفت

اولین قدم این است که انتخاب کنیدماسفت ها، که در دو نوع اصلی N-channel و P-channel وجود دارند. در سیستم های قدرت، ماسفت ها را می توان به عنوان کلیدهای الکتریکی در نظر گرفت. هنگامی که یک ولتاژ مثبت بین گیت و منبع یک ماسفت کانال N اضافه می شود، سوئیچ آن هدایت می شود. در طول رسانش، جریان می تواند از طریق سوئیچ از تخلیه به منبع جریان یابد. یک مقاومت داخلی بین درین و منبع وجود دارد که RDS(ON) مقاومت روشن نامیده می شود. باید مشخص باشد که گیت ماسفت یک ترمینال امپدانس بالا است، بنابراین همیشه یک ولتاژ به گیت اضافه می شود. این مقاومت در برابر زمین است که گیت در نمودار مدار ارائه شده بعداً به آن متصل شده است. اگر گیت آویزان بماند، دستگاه طبق طراحی کار نمی کند و ممکن است در لحظات نامناسب روشن یا خاموش شود و در نتیجه برق بالقوه سیستم از بین برود. هنگامی که ولتاژ بین منبع و گیت صفر شد، کلید خاموش می شود و جریان از دستگاه عبور نمی کند. اگرچه دستگاه در این نقطه خاموش است، اما هنوز جریان کمی وجود دارد که به آن جریان نشتی یا IDSS می گویند.

 

 

مرحله 1: N-channel یا P-channel را انتخاب کنید

اولین قدم در انتخاب دستگاه صحیح برای طراحی، تصمیم گیری در مورد استفاده از ماسفت N-channel یا P-channel است. در یک برنامه برق معمولی، هنگامی که یک ماسفت به زمین متصل می شود و بار به ولتاژ تنه متصل می شود، آن ماسفت کلید کناری ولتاژ پایین را تشکیل می دهد. در یک کلید جانبی ولتاژ پایین، یک کانال Nماسفتباید با توجه به ولتاژ مورد نیاز برای خاموش یا روشن کردن دستگاه استفاده شود. هنگامی که ماسفت به باس متصل می شود و بار به زمین متصل می شود، باید از کلید کناری ولتاژ بالا استفاده شود. یک ماسفت کانال P معمولاً در این توپولوژی استفاده می شود، دوباره برای ملاحظات درایو ولتاژ.

مرحله 2: رتبه فعلی را تعیین کنید

مرحله دوم انتخاب رتبه فعلی ماسفت است. بسته به ساختار مدار، این میزان جریان باید حداکثر جریانی باشد که بار تحت هر شرایطی می تواند تحمل کند. مشابه مورد ولتاژ، طراح باید اطمینان حاصل کند که ماسفت انتخابی می‌تواند این میزان جریان را تحمل کند، حتی زمانی که سیستم در حال تولید جریان‌های سنبله است. دو مورد فعلی در نظر گرفته شده حالت پیوسته و نوک پالس هستند. این پارامتر بر اساس DATASHEET لوله FDN304P به عنوان مرجع است و پارامترها در شکل نشان داده شده است:

 

 

 

در حالت هدایت پیوسته، ماسفت در حالت ثابت است، زمانی که جریان به طور مداوم از دستگاه عبور می کند. نوک پالس زمانی است که مقدار زیادی موج (یا جریان سنبله) از دستگاه عبور می کند. هنگامی که حداکثر جریان تحت این شرایط تعیین شد، صرفاً موضوع انتخاب مستقیم دستگاهی است که بتواند این حداکثر جریان را تحمل کند.

پس از انتخاب جریان نامی، باید تلفات هدایت را نیز محاسبه کنید. در عمل،ماسفتدستگاه ایده آلی نیست، زیرا در فرآیند رسانایی افت توانی وجود دارد که به آن افت هدایت می گویند. ماسفت در حالت "روشن" مانند یک مقاومت متغیر است که توسط RDS (روشن) دستگاه تعیین می شود و با دما و تغییرات قابل توجه. اتلاف توان دستگاه را می توان از Iload2 x RDS(ON) محاسبه کرد، و از آنجایی که مقاومت روشن با دما متفاوت است، اتلاف توان به نسبت متفاوت است. هر چه ولتاژ VGS اعمال شده به ماسفت بیشتر باشد، RDS(ON) کوچکتر خواهد بود. برعکس، RDS(ON) بالاتر خواهد بود. برای طراح سیستم، این جایی است که معاوضه ها بسته به ولتاژ سیستم وارد عمل می شوند. برای طرح‌های قابل حمل، استفاده از ولتاژهای پایین‌تر آسان‌تر (و متداول‌تر) است، در حالی که برای طرح‌های صنعتی می‌توان از ولتاژهای بالاتر استفاده کرد. توجه داشته باشید که مقاومت RDS(ON) با جریان کمی افزایش می یابد. تغییرات در پارامترهای مختلف الکتریکی مقاومت RDS(ON) را می توان در برگه اطلاعات فنی ارائه شده توسط سازنده پیدا کرد.

 

 

 

مرحله 3: تعیین نیازهای حرارتی

مرحله بعدی در انتخاب ماسفت محاسبه نیاز حرارتی سیستم است. طراح باید دو سناریو متفاوت، بدترین حالت و حالت واقعی را در نظر بگیرد. محاسبه برای بدترین سناریو توصیه می شود زیرا این نتیجه حاشیه ایمنی بیشتری را فراهم می کند و تضمین می کند که سیستم از کار نخواهد افتاد. همچنین برخی از اندازه گیری ها در برگه داده ماسفت وجود دارد. مانند مقاومت حرارتی بین اتصال نیمه هادی دستگاه بسته بندی شده و محیط و حداکثر دمای اتصال.

 

دمای محل اتصال دستگاه برابر است با حداکثر دمای محیط به اضافه حاصلضرب مقاومت حرارتی و اتلاف توان (دمای اتصال = حداکثر دمای محیط + [مقاومت حرارتی × اتلاف توان]). از این معادله حداکثر تلفات توان سیستم را می توان حل کرد که طبق تعریف برابر با I2 x RDS(ON) است. از آنجایی که پرسنل حداکثر جریان عبوری از دستگاه را تعیین کرده اند، RDS(ON) را می توان برای دماهای مختلف محاسبه کرد. توجه به این نکته ضروری است که هنگام برخورد با مدل‌های حرارتی ساده، طراح باید ظرفیت گرمایی محل اتصال نیمه‌رسانا/مورد دستگاه و کیس/محیط را نیز در نظر بگیرد. یعنی لازم است که برد مدار چاپی و بسته فورا گرم نشوند.

معمولاً در یک PMOSFET، یک دیود انگلی وجود دارد، عملکرد دیود جلوگیری از اتصال معکوس منبع- تخلیه است، برای PMOS، مزیت نسبت به NMOS این است که ولتاژ روشن شدن آن می تواند 0 باشد و اختلاف ولتاژ بین ولتاژ DS زیاد نیست، در حالی که NMOS به شرط نیاز دارد که VGS بیشتر از آستانه باشد، که منجر به افزایش ولتاژ کنترل ناگزیر از ولتاژ مورد نیاز می شود و مشکل غیر ضروری ایجاد می شود. PMOS به عنوان سوئیچ کنترل برای دو برنامه زیر انتخاب می شود:

 

دمای محل اتصال دستگاه برابر است با حداکثر دمای محیط به اضافه حاصلضرب مقاومت حرارتی و اتلاف توان (دمای اتصال = حداکثر دمای محیط + [مقاومت حرارتی × اتلاف توان]). از این معادله حداکثر تلفات توان سیستم را می توان حل کرد که طبق تعریف برابر با I2 x RDS(ON) است. از آنجایی که طراح حداکثر جریانی را که از دستگاه عبور می کند تعیین کرده است، RDS(ON) را می توان برای دماهای مختلف محاسبه کرد. توجه به این نکته ضروری است که هنگام برخورد با مدل‌های حرارتی ساده، طراح باید ظرفیت گرمایی محل اتصال نیمه‌رسانا/مورد دستگاه و کیس/محیط را نیز در نظر بگیرد. یعنی لازم است که برد مدار چاپی و بسته فورا گرم نشوند.

معمولاً در یک PMOSFET، یک دیود انگلی وجود دارد، عملکرد دیود جلوگیری از اتصال معکوس منبع- تخلیه است، برای PMOS، مزیت نسبت به NMOS این است که ولتاژ روشن شدن آن می تواند 0 باشد و اختلاف ولتاژ بین ولتاژ DS زیاد نیست، در حالی که NMOS به شرط نیاز دارد که VGS بیشتر از آستانه باشد، که منجر به افزایش ولتاژ کنترل ناگزیر از ولتاژ مورد نیاز می شود و مشکل غیر ضروری ایجاد می شود. PMOS به عنوان سوئیچ کنترل برای دو برنامه زیر انتخاب می شود:

با نگاهی به این مدار، سیگنال کنترل PGC کنترل می کند که آیا V4.2 برق P_GPRS را تامین می کند یا خیر. این مدار، پایانه‌های منبع و تخلیه به معکوس متصل نیستند، R110 و R113 وجود دارند به این معنا که جریان گیت کنترل R110 خیلی زیاد نیست، R113 گیت را از حالت عادی، R113 کشش به بالا، از PMOS کنترل می‌کند. ، اما همچنین می تواند به عنوان یک pull-up در سیگنال کنترل دیده شود، زمانی که پین ​​های داخلی MCU و pull-up، یعنی خروجی باز تخلیه زمانی که خروجی باز تخلیه است، و نمی تواند PMOS را درایو خاموش است، در این زمان، لازم است ولتاژ خارجی بالا بیاید، بنابراین مقاومت R113 دو نقش را ایفا می کند. برای بالا آمدن به یک ولتاژ خارجی نیاز دارد، بنابراین مقاومت R113 دو نقش دارد. r110 می تواند کوچکتر باشد، تا 100 اهم نیز می تواند.