1. 소개

MOSFET은 네 가지 종류로 왔습니다. 이들은 강조 또는 공핍 모드 일 수 있고, 이들은 N 채널 형 또는 P 채널 일 수있다. 우리는 n 채널 향상 모드 MOSFET를에만 관심이 있으며, 이들은 지금부터 이야기 유일한 사람 일 것이다. 로직 레벨의 MOSFET 및 일반 MOSFET은도 있습니다. 우리는 어느 유형을 사용할 수 있습니다.

소스 단자는 일반적으로 음의 하나이며, 드레인이 긍정적 (이름이 전자의 소스 및 드레인을 참조)이다. 위의 그림은 MOSFET를 통해 연결된 다이오드를 보여줍니다. 그것이 MOSFET의 실리콘 구조물에 내장되어 있기 때문에 다이오드는 "진성 다이오드"라고한다. 이 전력 MOSFET이 실리콘 층에 생성되는 방식의 결과이며, 매우 유용 할 수있다. 가장 MOSFET 구조에서,는 MOSFET 자체와 동일한 전류 정격된다.

2. MOSFET의 선택.

MOSFET을의 매개 변수를 검사하기 위해, 손으로 할 수있는 샘플 데이터 시트를 가지고하는 데 유용합니다. 딸깍 하는 소리 여기에서 지금 확인해 보세요. 우리가 언급 될 국제 정류기 IRF3205에 대한 데이터 시트를 엽니 다. 먼저 우리는 우리가 처리됩니다 두드러진 일부 매개 변수를 통과해야합니다.

2.1. MOSFET 매개 변수

저항에 대해, R_{DS (ON).}
모스펫이 완전히 켜진 때의 소스 및 드레인 단자 사이의 저항이다.

최대 드레인 전류, I_{D (mAx).}
이 MOSFET는 소스에서 드레인 전달 설 수있는 최대 전류이다. 그것은 주로 패키지와 RDS (ON)에 의해 결정된다.

전력 손실, P_d.
이것은 대부분이 인 패키지의 종류에 따라 달라 MOSFET의 최대 전력 처리 능력이다.

선형 경감 요인.
이 온도 이상으로 상승 25ºC 같이 ºC 당 줄일 수 있어야하는 최대 전력 손실 파라미터 상기 많이.

눈사태 에너지 E_A
이것은 MOSFET이 애벌란 조건에서 견딜 수있는 어느 정도의 에너지이다. 최대 드레인 - 소스 전압이 초과 될 때 눈사태가 발생하고, 전류가 MOSFET으로 몰리게. 이 최대 값을 초과하지 않는 사태의 에너지 (전력 x 시간)만큼 영구적 인 손상을 발생하지 않습니다.

피크 다이오드 복구, dv / dt
이 고유 다이오드 (전도) 상태에로 오프 상태 (바이어스 역)에서 갈 수있는 방법을 빠릅니다. 그것은 설정하기 전에 많은 전압이 가로 질러했다 방법에 따라 달라집니다. 따라서, 시간 t = (역방향 전압 / 피크 다이오드 복구) 촬영.

DRain-to-Source 항복 전압, V_DSS.
이것은 MOSFET이 턴 오프 될 때 소스로부터 드레인에 배치 될 수있는 최대 전압이다.

열 저항, θ_jc.
열 저항에 대한 자세한 내용은 히트 싱크에 대한 장을 참조하십시오.

게이트 임계 전압, V_{GS (일)}
이에 MOSFET을 설정하는 게이트와 소스 단자 사이에 필요한 최소 전압이다. 그것은 완전히 켜이보다 더 필요합니다.

순방향 트랜스 컨덕턴스, g_fs
게이트 - 소스 전압이 증가함에 따라 MOSFET 단지 켜 시작할 때, 그것은의 Vgs 드레인 전류 간의 비교적 선형의 관계를 갖는다. 이 매개 변수는 단순히이 선형 섹션 (ID /의 Vgs)입니다.

입력 커패시턴스, C_ISS
이 게이트 단자와 소스 단자와 드레인 단자 사이에 집중 커패시턴스이다. 드레인 커패시턴스는 가장 중요하다.

국제 정류기 아크로뱃 (PDF) 문서의 MOSFET에 대한보다 자세한 소개가 파워 MOSFET의 기본 사항. 이것은 MOSFET의 구성 측면에서 일부 매개 변수가 어디서 왔는지를 설명합니다.

2.2. 선택 만들기

전기, 열,

MOSFET이와 경쟁해야합니다 전원이 주요 결정 요소 중 하나입니다. 는 MOSFET에서 소모되는 전력은 통과하는 전류 번에 걸친 전압이다. (- MOSFET가 켜진 스위치가 폐쇄) 또는 그 (스위치가 열려있는 매우 작은 통과하는 전류 - MOSFET는이 대량의 전력을 스위칭 비록 어느 그 양단의 전압이 매우 작기 때문에, 이것은 상당히 작아야 떨어져서). 이 켜져있는 MOSFET에 걸리는 전압은 MOSFET의 저항 것이다 RDS를 번 (ON) 전류가 철저한 것. 좋은 파워 MOSFET이 저항, RDSON은 0.02 옴 이상이어야합니다. 이어서 MOSFET에서 소모되는 전력은 :

40 A, 0.02 옴의 RDSON의 현재,이 힘은 32 와트입니다. 히트 싱크없이, MOSFET이 많은 전력을 발산 타 버릴 것이다. 히트 싱크 : 히트 싱크를 선택하면 그것에 헌신 장이 왜 자체가 될 수있다.

온 저항은 MOSFET에서의 전력 손실의 원인 만이 아니다. MOSFET이 상태 사이를 전환 할 때 다른 소스가 발생합니다. 짧은 시간 동안 상기 MOSFET은 절반 반 오프이다. 상기와 같은 수치 예를 이용하여 현재의 절반 값 20 A에있을 수 있고, 전압이 동시에 반값 6 볼트 일 수있다. 지금 소모되는 전력은 20 × 6 = 120 와트입니다. 그러나, MOSFET 만 MOSFET이 상태간에 전환되는 시간의 짧은 시간 동안이를 방출한다. 이것에 의해 야기 된 평균 소비 전력이 훨씬 덜 그러므로 및 MOSFET 스위칭 및 전환되지 않는 상대 시간에 의존한다. 평균 손실은 수학 식에 의해 주어진다 :

2.3. 예:

문제 MOSFET은 20kHz로 전환하고, 국가 사이의 (에 오프에 온 및 오프) 전환 1의 마이크로 걸립니다. 공급 전압 및 전류 12v 40 A이다. 전압 및 전류는 스위칭 기간의 절반 값으로 가정하면, 평균 스위칭 전력 손실을 계산한다.

해결 방법 : 20kHz에서, MOSFET 스위칭 발생하는 모든 25 마이크로 (모든 50 마이크로에 스위치 및 스위치 오프 모든 50 마이크로 초)이있다. 따라서, 총 시간이 스위칭 시간의 비율 1 / 25 = 0.04이다. 스위칭 전력 소모가 (12v / 2) × (40A / 2) = 120 와트. 따라서 평균 스위칭 손실은 120W X 0.04 = 4.8 와트입니다.

1 와트에 대한 위의 모든 전력 손실은 MOSFET은 히트 싱크에 장착해야합니다. 파워 MOSFET은 다양한 패키지로 제공하지만, 일반적으로 히트 싱크에 대해 배치되는 금속 탭을 가지고, 떨어져 MOSFET 반도체로부터의 열을 전도하는데 사용된다.

별도의 히트 싱크없이 패키지의 전력 처리는 매우 작다. 통상적으로 드레인 - MOSFET의 일부에 금속 탭 내부적 MOSFET의 단자 중 하나에 접속된다. 당신이 전기적 금속 방열판에서 MOSFET 패키지를 분리하지 않고 방열판에 두 개 이상의 MOSFET에 맞지 않을 수 있다는 것을 의미한다 이것은 단점이다. 이것은 패키지와 히트 싱크 사이에 얇은 운모 시트 수행 할 수 있습니다. 일부 MOSFET은 더 나은 터미널에서 고립 된 패키지가 있습니다. 하루의 끝에서 결정하지만 가격에 기초 할 것입니다!

2.3.1. 드레인 전류

MOSFET은 일반적으로 최대 드레인 전류에 의해 보급된다. 광고 선전 및 데이터 시트 전면의 기능 목록은 70 A의 연속 드레인 전류, ID, 및 350 A의 펄스 드레인 전류를 인용 할 수있다. 이러한 수치와 매우주의해야합니다. 이들은 일반적 평균값 아니지만, 최대는 MOSFET 최상의 상황에서 수행된다. 처음에는, 그들은 일반적으로 25 ºC의 패키지 온도에서 사용하기 위해 인용된다. 이 경우 여전히 70ºC에있을 것입니다 25 A를 통과 할 때 그것은 매우 가능성이! 데이터 시트에서이 그림은 온도가 증가로 감소 방법의 그래프가 있어야합니다.

펄스 드레인 전류는 항상 페이지의 하단에 아주 작은 서면 스위칭 시간과 조건 하에서 스위칭 인용! 이 백 마이크로 부부의 최대 펄스 폭, 매우 실용적이지 만 2 %의 듀티 사이클 (OFF에 ON 시간의 비율) 일 수있다. MOSFET을 현재의 등급에 대한 자세한 내용은이 국제 정류기 문서를 보라.

만약 충분히 높은 최대 드레인 전류 단일 MOSFET를 찾을 수없는 경우에는 병렬로 하나 이상을 연결할 수있다. 이 작업을 수행하는 방법에 대한 자세한 내용은 나중에 참조하십시오.

2.3.2. 속도

사용자는 모터의 속도를 제어하는 스위칭 모드 MOSFET를 사용하는 것이다. 앞서 본 바와 같이,이도에도 꺼져 여기서 MOSFET이 상태에있는 이상이 더 많은 전력 소모는 것이다. 일부 MOSFET은 다른 사람보다 빠릅니다. 이 거의 항상 사용하는 방법이기 때문에 대부분의 현대 사람들은 쉽게 kHz의 수십에서 전환 할만큼 빠르게 될 것입니다. 데이터 시트의 페이지 2에, 당신은, 상승 시간, 매개 변수가 턴 - 온 지연 시간이 표시됩니다 턴 오프 지연 시간 및 하강 시간. 229ns :이 모든 가산하는 경우, 당신이 MOSFET을 전환 할 수있는 대략적인 최소 구형파 기간을 제공합니다. 이것은 4.3MHz의 주파수를 나타낸다. 이 상태 이상 전환에 그 많은 시간을 보내는 것 때문에 비록 매우 뜨거워 질 것이라고합니다.

3. 설계 변수 예

데이터 시트에서 매개 변수 및 그래프를 사용하는 방법에 대한 몇 가지 아이디어를 얻으려면, 우리는 디자인의 예를 통해 이동합니다 :
문제: 풀 브리지 속도 제어 회로는 12v 모터를 제어하도록 설계되어있다. 스위칭 주파수는 가청 한계 (20kHz) 이상이어야한다. 모터는 0.12 옴의 전체 저항을 보유하고 있습니다. 합리적인 가격 한도 내에서, 브리지 회로에 적합한 MOSFET을 선택하고 요구 될 수있는 히트 싱크를 제안한다. 주위 온도는 25ºC 것으로 간주됩니다.

해결 방법 : IRF3205에서 모양과이 적합한 지 확인할 수 있습니다. 우선 드레인 전류 요건. 마구간에서, 모터는 12v / 0.12 옴 = 100 A를 취할 것입니다. 우리는 먼저 우리의 최대 드레인 전류가 처음 125ºC에서 손쉽게 찾을 수 있어야합니다 125ºC에서, 접합 온도에서 추측 할 것입니다. 그림 9의 그래프는 125ºC에서, 최대 드레인 전류가 65 A에 대한 것을 우리에게 보여줍니다. 따라서 병렬 2의 IRF3205s는이 점에서 할 수 있어야한다.

두 개의 병렬 MOSFET은 얼마나 많은 힘을 발산한다? ON 동안 전력 소비와 실속 모터, 아니면 그냥 시작으로 시작할 수 있습니다. 즉, 현재의 제곱 배의 온 저항이다. 125ºC에서 RDS (ON)은 무엇인가? 그림 4 그것이 0.008에 대한 배, 1.6 옴의 전면 페이지 값에서 씩 감소하는 방법을 보여줍니다. 따라서, 우리는 RDS (ON)이 0.008 X 1.6 = 0.0128 될 것입니다 가정합니다. 따라서 PD = 50 X 50 X 0.0128 = 32 와트. 어떻게 많은 시간 모터가 실속하거나 시작됩니다 하나? 이것은 말할 필요도 없다, 그래서 우리는 생각해야합니다. 시간의 20 %의 매우 보수적 인 그림 - 그것은 훨씬 덜 될 가능성이 높습니다. 매우 느린 프로세스의 전원이 열을 발생하고, 열전도가 있기 때문에, 소비 전력의 효과가 초 영역에 상당히 긴 시간주기에 걸쳐 평균을 취득하는 경향이있다. 그러므로 우리는 20W X 32 % = 20W의 평균 전력 소모에 도착, 인용 6.4 %의 전력 요구 사항을 저하시킬 수 있습니다.

이제 우리는 전환으로 인해 소모되는 전력을 추가해야합니다. 이 상승 중에 발생하는 각각 100ns 및 70ns와 전기적 특성 테이블에 인용 번 떨어질 것이다. 모스펫 드라이버를 가정하면, 이들 도면의 요구 사항을 충족하기에 충분한 전류 (2.5v / 12 옴 = 2.5 A의 4.8 옴 = 펄스 출력 구동 전류의 게이트 구동 소스 저항)을 제공 할 수 후 전환 시간의 비율이 시간이 상태 흔들리지 170ns * 20kHz = 3.4mW negligable이다. 이러한 온 - 오프 타이밍은 여기를 참조 온 오프 시간에 대한 자세한 내용은, 그러나 약간의 원유 있습니다.

스위칭 요구 사항은 지금 무엇입니까? 우리가 이들의 대부분에 대응합니다 사용 MOSFET 드라이버 선박, 그러나 그것의 가치가 확인. 턴 - 온 전압의 Vgs (일), 그림 3의 그래프에서 그냥 5 볼트입니다. 이미 운전자가 매우 짧은 시간 동안 4.8 A를 소싱 할 수 있어야 보았다.

히트 싱크에 대한 지금 무엇을. 이 섹션 전에 히트 싱크에 장을 참조 할 수 있습니다. 우리는 125ºC 아래의 반도체 접합의 온도를 유지하려면, 우리는 주위 온도가 25ºC 것을 들었습니다. / 6.4 = 125 ºC / W - 따라서, 평균 25W을 발산는 MOSFET로, 총 열 저항 (6.4 15.6)보다 작아야합니다. 히트 싱크 자체 0.75 = 0.2 ºC / W - 15.6 - 경우에 접합부의 열 저항은 0.75 ºC로 가입하게 /이의 (W), (열 화합물을 사용) 히트 싱크 값으로 일반적인 경우는 0.2 잎 14.7 ºC / W가 있습니다. 이 θjc 값의 히트 싱크는 매우 작고 저렴합니다. 동일한 방열판이 2 개의 MOSFET가 동시에에 결코 모두 없으므로의 또는 H- 브리지 부하의 오른쪽 왼쪽 MOSFET 모두에 사용될 수 있고, 그래서 결코 모두에 전력을 방출 할 수 없음을 유의 동시. 이들의 경우는 그러나 전기적으로 절연해야합니다. 필요한 전기 절연에 대한 자세한 내용은 히트 싱크 페이지를 참조하십시오.

4. MOSFET 드라이버

에 파워 MOSFET 우회전, 게이트 단자 10 소스 단자 (논리 레벨 MOSFET에 대해 4 볼트)보다 큰 볼트 최소한의 전압으로 설정되어야한다. 이것은 편안의 Vgs (일) 매개 변수 이상입니다.

전력 MOSFET의 한 특징은 게이트와 다른 단말기 간의 Ciss이 큰 부유 용량을 가지고있다. 이것의 효과는, 게이트 단자에 펄스가 오면, 먼저 필요한 10 볼트에 도달 할 수있는 게이트 전압이 전에 커패시턴스를 충전해야한다. 게이트 단자는 효과적으로 현재 가지고 않습니다. 따라서, 게이트 단자는 부유 용량을 가능한 한 빠르게 충전 할 수 있도록 적절한 전류를 공급할 수 있어야 구동 회로. 이 작업을 수행하는 가장 좋은 방법은 전용 MOSFET 드라이버 칩을 사용하는 것입니다.

여러 회사에서 제공 MOSFET 드라이버 칩이 많이 있습니다. 일부는 아래 표에 나와있는 데이터 시트에 대한 링크가 표시됩니다. 일부는 (풀 브리지의 낮은 2의 MOSFET 또는 단순한 스위칭 회로) 접지 할 수있는 MOSFET의 소스 단자가 필요합니다. 일부는보다 높은 전압에서 소스와 함께 MOSFET을 구동 할 수있다. 이은에 전체 brifge에 상부 MOSFET을 설정하는 데 필요한 22 볼트를 생성 할 수 있음을 의미 온칩 전하 펌프를 가지고있다. TDA340 심지어 당신을위한 swicthing 순서를 제어합니다. 일부 부유 게이트 용량을 충전하는 매우 짧은 펄스로 6 A 전류만큼 공급할 수있다.

더 MOSFET에 대한 정보와이를 구동하기 위해, 국제 정류기는 여기에 자신의 HEXFET 범위에 기술 논문의 집합이 있습니다.

종종 당신은 MOSFET 드라이버와 MOSFET의 게이트 단자 사이의 낮은 값의 저항을 볼 수 있습니다. 이것은, 그렇지 않으면 게이트 단자에 허용 된 최대 전압을 초과 할 수있는 리드 인덕턴스 및 게이트 커패시턴스에 의해 발생되는 링잉 진동을 감쇠한다. 또한, MOSFET는 온 오프 속도를 감속한다. 는 MOSFET의 내장 다이오드 충분히 빨리 켜지지 않는 경우에 유용 할 수 있습니다. 이에 대한 자세한 내용은 국제 정류기 기술 문서에서 찾을 수 있습니다.

5. 병렬 MOSFET을

MOSFET이 현재 처리 능력을 향상시키기 위해 병렬로 배치 될 수있다. 단순히 함께 게이트, 소스 및 드레인 단자를 가입 할 수 있습니다. MOSFET의 임의의 수의 병렬 연결되지만, 게이트 커패시턴스는 더 MOSFET을 평행 결국 MOSFET 드라이버들을 구동 할 수 없으므로 가산주의 할 수있다. 이 같은 바이폴라 트랜지스터를 parellel 수 없습니다. 이 뒤에 이유는 여기에 기술 문서에서 설명합니다.

이전 :무엇이 생겼 어떤 MOSFET는, 그리고 어떻게 작동합니까?

다음 :FMUSER X01 FM 송신기는 전쟁으로 파괴 된 지역에 라디오를 가져온다

메시지를 남겨주세요

메시지 목록

댓글로드 중 ...