功率MOSFET恐怕是工程师最常用的设备之一,但你知道吗?MOSFET设备选型应考虑各种因素,从N型、P型、包装型到大型MOSFET耐压、导电阻等,不同的应用需求不断变化,以下文章总结了MOSFET相信看完会有很大的收获。
功率MOSFET有两种类型:N在系统设计过程中,应根据实际应用选择N管或P管,N沟道MOSFET型号多,成本低;P沟道MOSFET型号少,成本高。
如果功率MOSFETS极连接端的电压不是系统的参考,N通道需要浮地电源驱动、变压器驱动或自举驱动,驱动电路复杂;P通道可直接驱动,驱动简单。
需要考虑N沟道和P沟道的应用主要有:
(1)使用笔记本电脑、台式机和服务器CPU与系统散热风扇、打印机纸系统电机驱动、真空吸尘器、空气净化器、电风扇等家用电器电机控制电路,这些系统采用全桥电路结构,每个桥臂上管可采用P管或N管。
(2)通信系统48V输入系统的热插拨MOSFETP管或N管可用于高端。
(3)笔记本电脑输入电路串联的两个背靠背负载开关的两个背靠背功率MOSFET,使用N沟需要控制芯片内部集成驱动的充电泵,P沟可以直接驱动。
功率MOSFET确定沟类型后,第二步是确定包装,包装选择原则如下:
(1)温升和热设计是选择封装的最基本要求
不同的包装尺寸散热条件和环境温度外,不同的包装尺寸还具有不同的热阻和耗散功率,如是否有风冷、散热器的形状和尺寸限制、环境是否关闭等因素,基本原则是确保功率MOSFET在温升和系统效率的前提下,选择参数和的参数和包装功率MOSFET。
有时由于其他条件的限制,需要使用多个条件MOSFET并联解决散热问题,如PFC在应用、电动汽车电机控制器、通信系统模块电源级同步整流等应用中,将选择多管并联。
若不能采用多管并联,除选择性能更好的功率外MOSFET,此外,可以使用更大尺寸的包装或新包装,例如在某些方面AC/DC电源中将TO220改成TO247包装;在于某些通信系统的电源DFN8*8.新包装。
(2)系统尺寸限制
受制于一些电子系统PCB由于高度的限制,通信系统的模块电源通常使用尺寸和内部高度DFN56、DFN33.包装;有些ACDC在电源中,由于外壳的限制,使用超薄设计或组装TO220封装的功率MOSFET管脚直接插入根部,不能使用高度限制TO247的封装。
一些超薄设计直接弯曲和平放设备管脚,使生产过程变得复杂。
在大容量锂电池保护板的设计中,由于尺寸限制极其苛刻,现在大多使用芯片级CSP在保证最小尺寸的同时,尽可能提高散热性能。
(3)成本控制
许多电子系统在早期使用插件包装。近年来,由于劳动力成本的增加,许多公司开始使用补丁包装。虽然补丁的焊接成本高于插件,但补丁焊接的自动化程度较高,整体成本仍可控制在合理的范围内。它通常用于一些对成本极其敏感的应用,如台式主板和板卡DPAK封装的功率MOSFET,因为这种包装成本低。
所以选择功率MOSFET包装时,要综合考虑上述因素,结合自身公司的风格和产品特点。
工程师们经常关心它RDSON,是因为RDSON与导通损耗直接相关,RDSON越小,功率MOSFET导通损耗越小,效率越高,温升越低。
同样,工程师应尽可能使用以前项目或材料库中的现有元件RDSON真正的选择方法考虑不多。选择的功率MOSFET由于成本考虑,温升过低,将被改用RDSON较大的元件;当功率MOSFET如果温升过高,系统效率低,就会改用RDSON通过优化外部驱动电路,改部驱动电路、改进散热等方式进行调整。
如果是新项目,没有以前的项目可循,如何选择功率?MOSFET的RDSON?以下是一种方法:功耗分配法。
设计电源系统时,已知条件包括:输入电压范围、输出电压/输出电流、效率、工作频率、驱动电压等技术指标和功率MOSFET这些参数主要是相关的。步骤如下:
(1)根据输入电压范围、输出电压/输出电流和效率计算系统的最大损失。
(2)非功率回路元件的杂散损耗和静态损耗,IC经验值可占总损失的10%~15%。
如果电源电路有电流取样电阻,则计算电流取样电阻的功耗。总损耗减去上述损耗,其余为功率器件、变压器或电感的功耗。
将剩余的功率损耗按一定比例分配给功率器件、变压器或电感器。如果不确定,则按部件数量平均分配,以获得每个功率损耗MOSFET功耗。
(3)将MOSFET开关损耗和导通损耗按一定比例分配。如果不确定,平均分配开关损耗和导通损耗。
(4)由MOSFET计算最大允许导通电阻的导通损耗和流过的有效电流MOSFET最高工作结温RDSON。
数据表中的功率MOSFET的RDSON标注有确定的测试条件,在不同的定义的条件下具有不同的值,测试的温度为:TJ=25℃,RDSON根据正温度系数MOSFET最高工作温和RDSON上述温度系数RDSON计算值,得到25℃温度对应RDSON。
(5)由25℃的RDSON选择型号合适的功率MOSFET,根据MOSFET的RDSON实际参数,向下或向上修整。
通过上述步骤,初步选择功率MOSFET的型号和RDSON参数。