MOSFET デバイスの選択では、小型から N 型または P 型の選択、パッケージ タイプ、大型から MOSFET 電圧、オン抵抗など、さまざまなアプリケーション要件に至るまで、あらゆる要素を考慮して選択します。MOSFETデバイス選定の3大原則を以下の記事にまとめていますので、読んでいただくととても参考になると思います。
1. パワー MOSFET の選択ステップ 1: P チューブか、それとも N チューブか?
パワー MOSFET には N チャネルと P チャネルの 2 つのタイプがあり、システム設計の過程で N チューブまたは P チューブを選択し、実際のアプリケーションに合わせてモデルを選択し、N チャネル MOSFET を選択します。低コスト;PチャネルMOSFETはモデルの選択が少なく、コストが高くなります。
パワー MOSFET の S 極接続の電圧がシステムの基準グランドではない場合、N チャネルにはフローティング グランド電源ドライブ、トランス ドライブ、またはブートストラップ ドライブ、複雑なドライブ回路が必要です。Pチャネルは直接駆動でき、駆動が簡単です。
考慮する必要があるのは、主に N チャネルと P チャネルのアプリケーションです。
ａ．ノートブックコンピュータ、デスクトップおよびサーバーは、CPU およびシステム冷却ファン、プリンタ給電システムのモータ駆動、掃除機、空気清浄機、扇風機およびその他の家電製品のモータ制御回路に使用されます。これらのシステムはフルブリッジ回路構造を使用しており、各ブリッジアームはチューブには P チューブを使用できますが、N チューブも使用できます。
b.通信方式 ハイエンドに配置されたホットプラグMOSFETの48V入力方式で、P管も使用できますし、N管も使用できます。
c.ノートブックコンピュータの入力回路を直列に接続し、逆接続防止と負荷スイッチングの役割を果たす2つのバックツーバックパワーMOSFET、チップ内部の統合ドライブチャージポンプを制御するためにNチャネルを使用、Pチャネルを使用直接駆動することができます。
2. パッケージタイプの選択
パワー MOSFET のチャネル タイプを決定する第 2 のステップは、パッケージを決定するためのパッケージ選択の原則です。
ａ．温度上昇と熱設計はパッケージ選択の最も基本的な要件です
パッケージ サイズが異なれば、熱抵抗と消費電力も異なります。さらに、空冷の有無、ヒートシンクの形状とサイズの制限、密閉環境かどうかなどのシステムの熱条件や周囲温度も考慮されます。基本原理はパワー MOSFET の温度上昇とシステム効率を確保することであり、より一般的なパワー MOSFET のパラメータとパッケージを選択することが前提となります。
場合によっては、他の条件により、PFC アプリケーション、電気自動車モーター コントローラー、モジュール電源二次同期整流アプリケーションなどの通信システムなど、放熱の問題を解決するために複数の MOSFET を並列に使用する必要性が選択されます。複数のチューブと平行に。
多管並列接続が使用できない場合は、より性能の高いパワー MOSFET を選択することに加えて、さらに大きなサイズのパッケージや新しいタイプのパッケージを使用することもできます。たとえば、一部の AC/DC 電源 TO220 では、 TO247 パッケージに変更される。一部の通信システム電源では、新しいDFN8*8パッケージが使用されています。
b.システムのサイズ制限
一部の電子システムは、PCB のサイズと内部の高さによって制限されます。たとえば、通信システムのモジュール電源は高さの制限により、通常 DFN5 * 6、DFN3 * 3 パッケージを使用します。一部の ACDC 電源では、超薄型設計を使用したり、シェルの制限により、TO220 パッケージのパワー MOSFET ピンを根元に直接組み立てたりするため、高さの制限により TO247 パッケージを使用できません。
一部の超薄型設計ではデバイスのピンを直接平らに曲げますが、この設計の製造プロセスは複雑になります。
大容量リチウム電池保護基板の設計では、サイズ制限が非常に厳しいため、現在、ほとんどがチップレベルのCSPパッケージを使用して、最小サイズを確保しながら熱性能を可能な限り向上させています。
c.原価管理
初期の多くの電子システムはプラグイン パッケージを使用していましたが、近年人件費の増加により、多くの企業が SMD パッケージに切り替え始めました。SMD の溶接コストはプラグインよりも高いですが、SMD 溶接の高度な自動化により、全体的なコストは依然として妥当な範囲内に制御できます。デスクトップのマザーボードやコストを非常に重視するボードなどの一部のアプリケーションでは、通常、DPAK パッケージのパワー MOSFET が低コストであるため使用されます。
したがって、パワー MOSFET パッケージの選択では、上記の要素を考慮して、自社のスタイルと製品の特徴を組み合わせる必要があります。
3. オン状態抵抗 RDSON を選択します。注: 現在のものではありません
RDSON と導通損失は直接関係しているため、エンジニアは RDSON について懸念することがよくあります。RDSON が小さいほど、パワー MOSFET の導通損失が小さくなり、効率が高くなり、温度上昇が低くなります。
同様に、エンジニアは、実際の選択方法の RDSON についてはあまり考慮する必要がないため、前のプロジェクトまたはマテリアル ライブラリ内の既存のコンポーネントを可能な限り踏襲します。選択したパワー MOSFET の温度上昇が低すぎる場合、コスト上の理由から、RDSON のより大きなコンポーネントに切り替えられます。パワーMOSFETの温度上昇が高すぎてシステムの効率が低下する場合は、RDSONの小型部品に切り替えるか、外部駆動回路を最適化することで放熱調整方法を改善するなどします。
新しいプロジェクトの場合、後続する以前のプロジェクトがない場合、パワー MOSFET RDSON を選択する方法を説明します。ここでは、消費電力分散方式について説明します。
電源システムを設計する際に既知の条件は、入力電圧範囲、出力電圧/出力電流、効率、動作周波数、駆動電圧です。もちろん、主にこれらのパラメータに関連する他の技術指標やパワーMOSFETもあります。手順は以下の通りです。
ａ．入力電圧範囲、出力電圧/出力電流、効率に応じて、システムの最大損失を計算します。
b.電源回路のスプリアス損失、非電源回路部品の静的損失、IC の静的損失、ドライブ損失などを大まかに見積もると、経験値は全損失の 10% ～ 15% を占める可能性があります。
電源回路に電流サンプリング抵抗がある場合は、電流サンプリング抵抗の消費電力を計算してください。総損失から上記の損失を差し引いた残りの部分が、パワー デバイス、トランス、またはインダクタの電力損失となります。
残りの電力損失は、パワー デバイスとトランスまたはインダクタに一定の割合で割り当てられ、よくわからない場合は部品数による平均配分により、各 MOSFET の電力損失が得られます。
c.MOSFETの電力損失は、スイッチング損失と導通損失に一定の割合で配分されますが、不確実な場合はスイッチング損失と導通損失を均等に配分します。
d.MOSFET の導通損失と流れる RMS 電流から、最大許容導通抵抗を計算します。この抵抗は、最大動作接合部温度 RDSON における MOSFET です。
データシートのパワー MOSFET RDSON には定義されたテスト条件が記されており、定義された条件が異なると値も異なります。テスト温度: TJ = 25 ℃、RDSON は正の温度係数を持つため、MOSFET の最高動作ジャンクション温度とRDSON 温度係数は、上記の RDSON 計算値から、25 ℃の温度での対応する RDSON を取得します。
e.RDSON は 25 ℃ から、MOSFET RDSON の実際のパラメータに従って、適切なタイプのパワー MOSFET を選択し、ダウンまたはアップ トリムします。
上記の手順により、パワー MOSFET モデルと RDSON パラメータの予備選択が行われます。
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投稿日時: 2022 年 4 月 19 日