群集の高速MOSトランジスタを選択するステップへ

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MOSトランジスタの正しい選択は非常に重要な側面である、MOSトランジスタを選択しないで、回路全体の効率性とコストに影響を与える可能性があり、異なる部分と異なるMOSトランジスタのスイッチング回路のニュアンスは、エンジニアが、ストレスの問題を回避することができます。のは、選択MOSトランジスタの下の正しい方法を学びましょう。


最初のステップ:装置の設計の最初のステップのためのPチャネル又はNチャネルの選択は正しいNチャネルまたはPチャネルMOSトランジスタを選択するために決定されます。MOSトランジスタは接地されている電力の一般的なアプリケーションと、電源電圧に接続された負荷MOSトランジスタにローサイドスイッチを構成しています。ローサイドスイッチでは、電圧がオンまたはオフされる所望の装置の考慮外であるNチャネルMOSトランジスタ、あろう。MOSトランジスタは、接地バスとハイサイドスイッチを使用する必要が負荷に接続されている場合。通常電圧駆動のために考慮外であるPチャネルMOS管トポロジーにおいて使用。アプリケーションに適したデバイスを選択するには、電圧がデバイスを駆動するために必要な、最もシンプルなデザインで実行される方法を決定しなければなりません。次のステップは、必要な、またはデバイスが耐えることができるかを決定するために最大定格電圧です。定格電圧が大きいほど、装置のコストが高いです。実際の経験によると、定格電圧は電源電圧、またはバス電圧よりも大きくなければなりません。適切な保護を提供するように、MOSパイプは失敗しません。MOSトランジスタを選択するために、それが施されていてもよいドレイン-ソース間の最大電圧を決定しなければならない、すなわち、最大これは重要である温度に応じて変化する最大電圧に耐えることができるVDS。知ってMOSトランジスタ。設計者は、全動作温度範囲にわたって電圧範囲をテストしなければなりません。定格電圧は、この変動範囲をカバーするのに十分な余裕を持って回路が故障しないことを確認する必要があります。他の安全係数の設計者は、電子装置(例えば、モータや変圧器などの)スイッチが過渡電圧を誘発含む考慮する必要があります。異なるアプリケーションの定格電圧が異なっている。典型的には、ポータブルデバイスが20V、20〜30V、85〜220VACアプリケーションは450〜600VであるのFPGA電力です。


第二段階:第2のステップはMOSトランジスタの電流定格の定格電流を決定することです。回路構成に応じて最大電流定格は、すべての場合に、現在の負荷に耐えることができなければならないことかもしれません。電圧の場合と同様に、設計者は、ピーク電流がシステムに発生した場合であっても、選択されたMOSトランジスタは、定格電流に耐えられることを確認する必要があります。二つの電流連続モードとスパイクのケースを考えてみましょう。連続導通モードでは、MOS管と、デバイスを流れる電流が連続的に、定常状態にあります。スパイクサージ(又はピーク電流)の多数を指すデバイスを通って流れます。これらの条件下で最大電流たら、唯一の直接選択デバイスは、最大電流に耐えることができます。定格電流を選択した後、だけでなく、導通損失を計算する必要があります。導通損失と呼ばれる導電性のプロセス、での電力損失があるため、実際には、MOS管は、理想的なデバイスではありません。可変抵抗器は、RDS(ON)によって決定され、温度と共に著しく変化するように「オン」のMOSトランジスタ。デバイスの消費電力ができことIload2×RDS(ON)を算出し、オン抵抗が温度によって変化するので、消費電力にも比例して変化するであろう。より高いMOSトランジスタの電圧VGSが印加され、RDS(ON)が小さくなり、それ以外の場合はRDS(ON)が高くなります。システム設計者にとって、これはシステム電圧とのトレードオフの場所を比較検討する必要性に依存しています。ポータブル設計は、低い電圧が容易に(より一般的)であり、工業デザインのために、より高い電圧を使用することができます。注RDS(ON)抵抗は電流としてわずかに上昇し得ます。RDS(ON)抵抗上の様々な電気的パラメータは、製造業者によって提供される技術データシートに見出すことができます。いくつかの技術が最大VDSが増加するとき、RDS(ON)の増加を作る傾向があるため技術は、デバイスの特性に大きな影響を与えています。VDSとは、RDS(ON)を低くしようとしている場合、このような技術については、それによって、パッケージサイズおよび補助に関連する開発コストの増加、ウェーハのサイズを増加していたであろう。業界を制御する既存の試みは、主チャネル及び電荷平衡技術であるウエハのサイズを大きくするには、いくつかの技術です。チャネル技術は、ウェハは、抵抗RDS(ON)に低減するため、通常の低電圧のために予約、深い埋め込まれています。最大VDS RDS(ON)への影響を低減するために、エピタキシャル成長プロセスの開発は、カラム/列エッチングプロセスで使用されます。例えば、フェアチャイルドは、RDS(ON)低減するためSupeRFETとして知られている技術、追加の製造工程を増加を開発しました。関心のRDS(ON)のこの種類は重要であり、標準的なMOSFETのブレークダウン電圧が高くなるので、RDS(ON)指数関数的に増加するに従い、ウエハサイズが大きくなる原因となるであろう。プロセスは、RDS(ON)との指数関数的関係をSuperFETとウエハの大きさの間の線形関係となります。このような下で、デバイスは、SuperFET小さなダイサイズにすることができ、さらには絶縁破壊電圧が600V、理想低いのRDS(ON)に達します。結果は、ウエハサイズが35%低減することができる。有意にパッケージサイズを縮小手段エンドユーザ、のためのものです。


第三段階:熱を決定するには、コンピューティングシステムの要件を冷却されたトランジスタ次MOSを選択する必要が。設計者は、最悪の場合、実際の状況であることを、二つの異なる例を考慮しなければなりません。結果は、システムが失敗しないことを保証するために、安全性のより大きなマージンを提供するため、結果は、最悪の場合のために提案しました。測定データテーブルMOSトランジスタに留意すべきである;このような半導体接合部とパッケージングされたデバイスの環境、及び最大接合部温度との間の熱抵抗として。

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散,即按定义相等于I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出 不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

雪崩击穿是指半导体器件上的反向电压超过最大值,并形成强电场使器件内电流增加。该电流将耗散功率,使器件的温度升高,而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试,计算其雪崩电压,或对器件的稳健性进行测试。计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法,另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。除计算外,技术对雪崩效应也有很大影响。例如,晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力,最终提高器件的稳健性。对最终用户而言,这意味着要在系统中采用更大的封装件。


第四步:决定开关性能 选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能。影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗,因为在每次开关时都要对它们充电。MOS管的开关速度因此被降低,器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可用如下方程表达:Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。而栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。


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