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場效應(yīng)管如何選型

場效應(yīng)管有兩大類型:N溝道和P溝道。在功率系統(tǒng)中,場效應(yīng)管可被看成電氣開關(guān)。當(dāng)在n溝道場效應(yīng)管的柵極和源極間加上正電壓時,其開關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通時,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內(nèi)阻,稱為導(dǎo)通電阻RDS(ON)。必須清楚場效應(yīng)管的柵極是個高阻抗端,因此,總是要在柵極加上一個電壓。如果柵極為懸空,器件將不能按設(shè)計意圖工作,并可能在不恰當(dāng)?shù)臅r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,開關(guān)關(guān)閉,而電流停止通過器件。雖然這時器件已經(jīng)關(guān)閉,但仍然有微小電流存在,這稱之為漏電流,即IDSS。


溝道的選擇。為設(shè)計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道場效應(yīng)管。在典型的功率應(yīng)用中,當(dāng)一個場效應(yīng)管接地,而負(fù)載連接到干線電壓上時,該場效應(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溝道場效應(yīng)管,這是出于對關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)場效應(yīng)管連接到總線及負(fù)載接地時,就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會在這個拓?fù)渲胁捎肞溝道場效應(yīng)管,這也是出于對電壓驅(qū)動的考慮。


電壓和電流的選擇。額定電壓越大,器件的成本就越高。根據(jù)實踐經(jīng)驗,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),使場效應(yīng)管不會失效。就選擇場效應(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(如電機(jī)或變壓器)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,場效應(yīng)管處于穩(wěn)態(tài),此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)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最大電流的器件便可。


計算導(dǎo)通損耗。場效應(yīng)管器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算,由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會隨之按比例變化。對便攜式設(shè)計來說,采用較低的電壓比較容易(較為普遍),而對于工業(yè)設(shè)計,可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。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。


計算系統(tǒng)的散熱要求。設(shè)計人員必須考慮兩種不同的情況,即最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結(jié)果,因為這個結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會失效。


開關(guān)損耗。導(dǎo)通瞬間的電壓電流乘積相當(dāng)大。一定程度上決定了器件的開關(guān)性能。不過,如果系統(tǒng)對開關(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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