การเลือกท่อสลับแพ็คเกจ MOSFET และไดอะแกรมวงจร

ขั้นตอนแรกคือทำการเลือกMOSFETซึ่งมีสองประเภทหลัก: N-channel และ P-channel ในระบบไฟฟ้า MOSFET สามารถถือเป็นสวิตช์ไฟฟ้าได้ เมื่อมีการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าบวกระหว่างเกตและแหล่งที่มาของ N-channel MOSFET สวิตช์จะทำงาน ในระหว่างการนำกระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านสวิตช์จากท่อระบายน้ำไปยังแหล่งกำเนิดได้ มีความต้านทานภายในระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดที่เรียกว่า RDS (ON) ต้องชัดเจนว่าเกตของ MOSFET เป็นเทอร์มินัลที่มีความต้านทานสูง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะถูกเพิ่มไปที่เกตเสมอ นี่คือความต้านทานต่อกราวด์ที่เกตเชื่อมต่ออยู่ในแผนภาพวงจรที่นำเสนอในภายหลัง หากประตูห้อยทิ้งไว้ อุปกรณ์จะไม่ทำงานตามที่ออกแบบไว้ และอาจเปิดหรือปิดในช่วงเวลาที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้ระบบสูญเสียพลังงานได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดและเกตเป็นศูนย์ สวิตช์จะปิดและกระแสจะหยุดไหลผ่านอุปกรณ์ แม้ว่าเครื่องจะปิด ณ จุดนี้แล้ว แต่ยังคงมีกระแสไฟอยู่เล็กน้อย ซึ่งเรียกว่า กระแสรั่วไหล หรือ IDSS

 

 

ขั้นตอนที่ 1: เลือก N-channel หรือ P-channel

ขั้นตอนแรกในการเลือกอุปกรณ์ที่ถูกต้องสำหรับการออกแบบคือการตัดสินใจว่าจะใช้ MOSFET แบบ N-channel หรือ P-channel ในการประยุกต์ใช้พลังงานทั่วไป เมื่อ MOSFET ต่อสายดินและโหลดเชื่อมต่อกับแรงดันไฟหลัก MOSFET จะประกอบเป็นสวิตช์ด้านข้างแรงดันต่ำ ในสวิตช์ด้านข้างแรงดันต่ำ จะเป็น N-channelมอสเฟตควรใช้เนื่องจากคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการปิดหรือเปิดเครื่อง เมื่อ MOSFET เชื่อมต่อกับบัสและโหลดต่อสายดิน ให้ใช้สวิตช์ด้านข้างไฟฟ้าแรงสูง โดยปกติจะใช้ P-channel MOSFET ในโทโพโลยีนี้ อีกครั้งสำหรับการพิจารณาเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดคะแนนปัจจุบัน

ขั้นตอนที่สองคือการเลือกระดับปัจจุบันของ MOSFET พิกัดกระแสนี้ควรเป็นกระแสสูงสุดที่โหลดสามารถทนได้ในทุกสถานการณ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของวงจร เช่นเดียวกับกรณีของแรงดันไฟฟ้า ผู้ออกแบบจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่า MOSFET ที่เลือกสามารถทนต่อพิกัดกระแสนี้ แม้ว่าระบบจะสร้างกระแสไฟกระชากก็ตาม กรณีปัจจุบันสองกรณีที่ถูกพิจารณาคือโหมดต่อเนื่องและพัลส์ที่พุ่งสูงขึ้น พารามิเตอร์นี้อิงตาม DATASHEET หลอด FDN304P เป็นข้อมูลอ้างอิง และพารามิเตอร์จะแสดงในรูป:

 

 

 

ในโหมดการนำต่อเนื่อง MOSFET จะอยู่ในสถานะคงที่เมื่อกระแสไหลผ่านอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง พัลส์เดือยคือเมื่อมีกระแสไฟกระชาก (หรือกระแสไฟพุ่ง) ไหลผ่านอุปกรณ์เป็นจำนวนมาก เมื่อกำหนดกระแสสูงสุดภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้แล้ว ก็เป็นเพียงเรื่องของการเลือกอุปกรณ์ที่สามารถทนต่อกระแสสูงสุดนี้ได้โดยตรง

หลังจากเลือกกระแสไฟที่กำหนดแล้ว คุณต้องคำนวณการสูญเสียการนำไฟฟ้าด้วย ในทางปฏิบัตินั้นมอสเฟตไม่ใช่อุปกรณ์ในอุดมคติ เพราะในกระบวนการนำไฟฟ้าจะมีการสูญเสียพลังงาน ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการนำไฟฟ้า MOSFET อยู่ใน "เปิด" เหมือนความต้านทานผันแปรซึ่งกำหนดโดย RDS ของอุปกรณ์ (ON) และอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ การกระจายพลังงานของอุปกรณ์สามารถคำนวณได้จาก Iload2 x RDS(ON) และเนื่องจากความต้านทานออนแปรผันตามอุณหภูมิ การกระจายพลังงานจึงแปรผันตามสัดส่วน ยิ่งแรงดันไฟฟ้า VGS ที่ใช้กับ MOSFET สูงเท่าใด RDS(ON) ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ในทางกลับกัน RDS(ON) ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สำหรับผู้ออกแบบระบบ นี่คือจุดที่ข้อดีข้อเสียจะเข้ามามีบทบาท โดยขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของระบบ สำหรับการออกแบบแบบพกพา การใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะง่ายกว่า (และแพร่หลายกว่า) ในขณะที่การออกแบบทางอุตสาหกรรม สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าได้ โปรดทราบว่าความต้านทาน RDS(ON) จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามกระแส คุณสามารถดูความแปรผันของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าต่างๆ ของตัวต้านทาน RDS(ON) ได้ในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคที่จัดทำโดยผู้ผลิต

 

 

 

ขั้นตอนที่ 3: กำหนดข้อกำหนดด้านความร้อน

ขั้นตอนต่อไปในการเลือก MOSFET คือการคำนวณข้อกำหนดด้านความร้อนของระบบ ผู้ออกแบบต้องพิจารณาสถานการณ์ที่แตกต่างกันสองสถานการณ์ กรณีที่เลวร้ายที่สุดและกรณีจริง แนะนำให้คำนวณสถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุด เนื่องจากผลลัพธ์นี้ให้ระยะขอบของความปลอดภัยที่มากกว่า และทำให้มั่นใจว่าระบบจะไม่ล้มเหลว นอกจากนี้ยังมีการวัดบางอย่างที่ต้องทราบในเอกสารข้อมูล MOSFET; เช่น ความต้านทานความร้อนระหว่างจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์กับสภาพแวดล้อม และอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด

 

อุณหภูมิหัวต่อของอุปกรณ์เท่ากับอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดบวกด้วยผลคูณของความต้านทานความร้อนและการกระจายพลังงาน (อุณหภูมิหัวต่อ = อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด + [ความต้านทานความร้อน × การกระจายพลังงาน]) จากสมการนี้ สามารถแก้ปัญหาการกระจายพลังงานสูงสุดของระบบได้ ซึ่งตามคำจำกัดความเท่ากับ I2 x RDS(ON) เนื่องจากบุคลากรได้กำหนดกระแสสูงสุดที่จะผ่านอุปกรณ์แล้ว จึงสามารถคำนวณ RDS(ON) สำหรับอุณหภูมิที่แตกต่างกันได้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าเมื่อต้องจัดการกับแบบจำลองความร้อนอย่างง่าย ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาความจุความร้อนของจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์/เคสอุปกรณ์ และเคส/สภาพแวดล้อมด้วย กล่าวคือ แผงวงจรพิมพ์และบรรจุภัณฑ์จะต้องไม่อุ่นเครื่องทันที

โดยปกติแล้ว PMOSFET จะมีไดโอดปรสิตอยู่ ฟังก์ชันของไดโอดคือเพื่อป้องกันการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับของแหล่งจ่าย-เดรน สำหรับ PMOS ข้อได้เปรียบเหนือ NMOS คือแรงดันไฟฟ้าในการเปิดสามารถเป็น 0 และความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่าง แรงดันไฟฟ้า DS นั้นไม่มาก ในขณะที่ NMOS ในสภาวะกำหนดให้ VGS มากกว่าเกณฑ์ ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าควบคุมมากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และจะเกิดปัญหาที่ไม่จำเป็น PMOS ถูกเลือกเป็นสวิตช์ควบคุมสำหรับสองแอปพลิเคชันต่อไปนี้:

 

อุณหภูมิหัวต่อของอุปกรณ์เท่ากับอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดบวกด้วยผลคูณของความต้านทานความร้อนและการกระจายพลังงาน (อุณหภูมิหัวต่อ = อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด + [ความต้านทานความร้อน × การกระจายพลังงาน]) จากสมการนี้ สามารถแก้ปัญหาการกระจายพลังงานสูงสุดของระบบได้ ซึ่งตามคำจำกัดความเท่ากับ I2 x RDS(ON) เนื่องจากผู้ออกแบบได้กำหนดกระแสสูงสุดที่จะผ่านอุปกรณ์ ดังนั้นจึงสามารถคำนวณ RDS(ON) สำหรับอุณหภูมิที่แตกต่างกันได้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าเมื่อต้องจัดการกับแบบจำลองความร้อนอย่างง่าย ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาความจุความร้อนของจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์/เคสอุปกรณ์ และเคส/สภาพแวดล้อมด้วย กล่าวคือ แผงวงจรพิมพ์และบรรจุภัณฑ์จะต้องไม่อุ่นเครื่องทันที

โดยปกติแล้ว PMOSFET จะมีไดโอดปรสิตอยู่ ฟังก์ชันของไดโอดคือเพื่อป้องกันการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับของแหล่งจ่าย-เดรน สำหรับ PMOS ข้อได้เปรียบเหนือ NMOS คือแรงดันไฟฟ้าในการเปิดสามารถเป็น 0 และความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่าง แรงดันไฟฟ้า DS นั้นไม่มาก ในขณะที่ NMOS ในสภาวะกำหนดให้ VGS มากกว่าเกณฑ์ ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าควบคุมมากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และจะเกิดปัญหาที่ไม่จำเป็น PMOS ถูกเลือกเป็นสวิตช์ควบคุมสำหรับสองแอปพลิเคชันต่อไปนี้:

เมื่อดูที่วงจรนี้ สัญญาณควบคุม PGC จะควบคุมว่า V4.2 จ่ายไฟให้กับ P_GPRS หรือไม่ วงจรนี้ต้นทางและขั้วเดรนไม่ได้ต่อกับทางกลับ R110 และ R113 มีอยู่ในแง่ที่ว่ากระแสประตูควบคุม R110 ไม่ใหญ่เกินไป R113 ควบคุมเกตของปกติ R113 ดึงขึ้นสูง ณ PMOS แต่ยังสามารถมองเห็นเป็นการดึงขึ้นของสัญญาณควบคุมเมื่อ MCU ภายในพินและดึงขึ้นนั่นคือเอาต์พุตของ open-drain เมื่อเอาต์พุตเป็นแบบ open-drain และไม่สามารถขับเคลื่อน PMOS ได้ ในเวลานี้จำเป็นต้องดึงแรงดันไฟฟ้าภายนอกออก ดังนั้นตัวต้านทาน R113 จึงมีบทบาทสองประการ จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าภายนอกจึงจะดึงขึ้นได้ ดังนั้นตัวต้านทาน R113 จึงมีบทบาทสองประการ r110 เล็กกว่านี้ก็ได้ 100 โอห์มก็ได้