MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩大類型:N溝道和P溝道。在功率系統(tǒng)中,場(chǎng)效應(yīng)管可被看成電氣開關(guān)。當(dāng)在n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和源極間加上正電壓時(shí),其開關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通時(shí),電流可經(jīng)開關(guān)從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個(gè)內(nèi)阻,稱為導(dǎo)通電阻RDS(ON)。必須清楚場(chǎng)效應(yīng)管的柵極是個(gè)高阻抗端,因此,總是要在柵極加上一個(gè)電壓。如果柵極為懸空,器件將不能按設(shè)計(jì)意圖工作,并可能在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)閉,導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的功率損耗。當(dāng)源極和柵極間的電壓為零時(shí),開關(guān)關(guān)閉,而電流停止通過器件。雖然這時(shí)器件已經(jīng)關(guān)閉,但仍然有微小電流存在,這稱之為漏電流,即IDSS。
選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道場(chǎng)效應(yīng)管。在典型的功率應(yīng)用中,當(dāng)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管接地,而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí),這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中,應(yīng)采用N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管連接到總線及負(fù)載接地時(shí),就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道場(chǎng)效應(yīng)管,這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。
一般來說,我們?cè)O(shè)計(jì)的器件額定電壓越大,成本就越高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護(hù),使場(chǎng)效應(yīng)管不會(huì)失效。就選擇場(chǎng)效應(yīng)管而言,必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓,即最大VDS。設(shè)計(jì)工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關(guān)電子設(shè)備(如變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同,在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOS場(chǎng)效應(yīng)管處于穩(wěn)態(tài),此時(shí)電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。
場(chǎng)效應(yīng)管的功率耗損是通過Iload2×RDS(ON)計(jì)算的,由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會(huì)隨之變化。對(duì)便攜式設(shè)計(jì)來說,采用較低的電壓比較容易(較為普遍),而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì),可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微上升。關(guān)于RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。
設(shè)計(jì)工程師必須考慮兩種不同的情況,即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果,因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。
導(dǎo)通瞬間的電壓電流乘積相當(dāng)大,也一定程度上決定了器件的開關(guān)性能。不過,如果系統(tǒng)對(duì)開關(guān)性能要求比較高,可以選擇柵極電荷QG比較小的功率MOSFET。
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