P-Channel MOSFET สวิตช์ด้านข้างสูง

ฉันพยายามลดการกระจายพลังงานของสวิทช์ด้านสูงของ P-Channel MOSFET ดังนั้นคำถามของฉันคือ:

• มีวิธีใดบ้างที่วงจรนี้สามารถแก้ไขได้เพื่อให้ P-Channel MOSFET นั้นจะเป็น "full-on" (โหมด triode / ohmic) เสมอไม่ว่าโหลดจะเป็นอย่างไร

แก้ไข 1 : โปรดละเว้นกลไกการเปิด / ปิด คำถามยังคงเหมือนเดิม: ฉันจะทำให้ V (sd) น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ได้อย่างไร (P-MOSFET เต็มในโหมด / ohmic) โดยไม่ขึ้นกับโหลดเพื่อให้การกระจายพลังงานของ MOSFET น้อยที่สุด

แก้ไข 2:สัญญาณที่เปลี่ยนเป็นสัญญาณ DC วงจรจะใช้แทนปุ่มสวิทช์

แก้ไข 3:แรงดันสวิตช์ 30V, สวิตช์กระแสสูงสุด 5A

การรู้แรงดันไฟฟ้าที่ถูกสลับและกระแสสูงสุดจะช่วยปรับปรุงคุณภาพคำตอบที่มีอยู่อย่างมาก

มอสเฟตด้านล่างเป็นตัวอย่างของอุปกรณ์ที่จะตอบสนองความต้องการของคุณที่แรงดันต่ำ (พูด 10-20V) ที่กระแสสูงกว่าที่คุณจะเปลี่ยนในกรณีส่วนใหญ่

ไม่จำเป็นต้องแก้ไขวงจรพื้นฐาน - ใช้วงจร FET ที่เหมาะสมดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ในสถานะคงที่ในโหมด "ปัญหา" ได้รับการแก้ไขอย่างง่ายดาย

• MOSFET ที่กำหนดจะมีการกำหนดความต้านทานที่แรงดันไดรฟ์เกตที่กำหนดอย่างดี ความต้านทานนี้จะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ แต่มักจะน้อยกว่า 2: 1

• สำหรับ MOSFET ที่กำหนดคุณสามารถลดความต้านทานโดยการเพิ่มแรงดันของเกตไดรฟ์จนถึงสูงสุดที่อนุญาตสำหรับ MOSFET

• สำหรับกระแสโหลดที่กำหนดและแรงดันไดรฟ์เกตคุณสามารถเลือก MOSFET ที่มีค่าความต้านทานต่ำสุดที่คุณสามารถจ่ายได้

• คุณสามารถรับ MOSFETS ด้วย Rdson ในช่วง 5 ถึง 50 milliohm ที่กระแสสูงถึง 10A ในราคาที่สมเหตุสมผล คุณสามารถคล้ายกันได้ถึง 50A ในราคาที่เพิ่มขึ้น

ตัวอย่าง:

ในกรณีที่ไม่มีข้อมูลที่ดีฉันจะตั้งสมมติฐานบางอย่าง สิ่งเหล่านี้สามารถปรับปรุงได้โดยการให้ข้อมูลจริง

สมมติว่า 12V จะเปลี่ยนที่ 10A กำลังไฟ = V x I = 120 วัตต์
ด้วย Rdson ที่ร้อนแรง 50 มิลลิชั่วโมงการกระจายพลังงานใน MOSFET จะเป็น I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0.05 = 5 วัตต์ = 5/120 หรือประมาณ 4% ของกำลังไฟฟ้า
คุณจะต้องใช้ฮีทซิงค์ในเกือบทุกแพ็คเกจ
ที่ 5 มิลลิโอห์ม Rdson การกระจายความร้อนจะเป็น 0.5 วัตต์ และ 0.4% ของกำลังไฟฟ้า
TO220 ในอากาศยังคงสามารถจัดการกับสิ่งนั้นได้
DPak / TO252 SMD ที่มีทองแดง PCB น้อยที่สุดจะจัดการกับมันได้

เป็นตัวอย่างของ SMD MOSFET ที่ใช้งานได้ดี
2.6 มิลลิวินาที Rdson กรณีที่ดีที่สุด พูดในทางปฏิบัติประมาณ 5 มิลลิวินาที 30V, 60A ให้คะแนน ปริมาณ $ 1 อาจเป็นไม่กี่ $ ใน 1 ของ คุณจะไม่ใช้ 60A นั่นคือขีด จำกัด แพ็คเกจ
ที่ 10A นั่นคือการกระจาย 500 mW ดังกล่าวข้างต้น
ข้อมูลความร้อนมีความไม่แน่นอนเล็กน้อย แต่ฟังก์ชั่น 54 C / Watt ที่ล้อมรอบในสถานะคงที่ 1 "x 1" FR4 PCB
ดังนั้นประมาณ 0.5W x 54 C / W = 27C เพิ่มขึ้น พูดถึง 30C ในตู้คุณจะได้อุณหภูมิทางแยกประมาณ 70-80 องศา แม้ใน Death Valley ในฤดูร้อนมันควรจะตกลง [คำเตือน: อย่าปิดประตูห้องส้วมที่ Zabriski Point ในกลางฤดูร้อน !!!!] [แม้ว่าคุณเป็นผู้หญิงและนรก '

แผ่นข้อมูลAN821 ต่อท้ายแผ่นข้อมูล - กระดาษที่ดีเยี่ยมในเรื่องความร้อน SO8

สำหรับ $ 1.77 / 1 คุณจะได้รับอุปกรณ์ TO263 / DPak ที่ค่อนข้างดี
แผ่นข้อมูลผ่านทางที่นี่มีมินิ NDA! ถูก จำกัด โดย NDA - อ่านด้วยตัวคุณเอง
30v, 90A, 62 K / W พร้อมทองแดงน้อยที่สุดและ 40 k / W พร้อมเสียงกระซิบ นี่คือ MOSFET ที่ยอดเยี่ยมในแอปพลิเคชันประเภทนี้
ต่ำกว่า 5 มิลลิวินาทีสามารถทำได้ที่ 10 ของแอมป์ หากคุณสามารถเข้าถึงแม่พิมพ์ที่เกิดขึ้นจริงคุณอาจจะสามารถเริ่มรถคันเล็ก ๆ ด้วยสวิตช์สตาร์ทมอเตอร์ (ข้อมูลจำเพาะ 360A บนกราฟ) แต่จะได้รับการจัดอันดับ 90A นั่นคือ MOSFET ที่อยู่ภายในนั้นเกินความสามารถของแพ็คเกจ
ที่กำลังไฟ 30A = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0.003 = 2.7W
0.003 โอห์มดูเหมือนยุติธรรมหลังจากดูแผ่นข้อมูล

โหลดไม่ได้เป็นปัญหาหลักในการรักษา Rds ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้นั่นคือ Vgs ที่คุณต้องมีสมาธิ
สำหรับพีมอสที่ลดแรงดันประตูที่ Rds ต่ำ (รัสเซลชี้ให้สูงขึ้นแน่นอน Vgs) ซึ่งหมายความว่าในกรณีนี้สัญญาณอินพุตจุดต่ำสุดจะทำให้ Rds สูงสุด (ถ้าเป็นสัญญาณ AC)

ดังนั้นจึงมี 4 ตัวเลือกที่อยู่ในใจ:

1. ลดแรงดันเกต (เพิ่ม Vgs สัมบูรณ์) ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (ในขณะที่อยู่ในสเปคแน่นอน)

2. เพิ่มระดับ DC ของสัญญาณ (หรือลดการแกว่ง pk-pk)

3. ใช้ MOSFET 4-lead (เพื่อให้คุณสามารถตั้งค่าวัสดุพิมพ์แยกจากแหล่งกำเนิด) เพื่อให้แรงดันสัญญาณไม่ส่งผลกระทบต่อ Rds

4. สิ่งที่ชัดเจนที่เกิดขึ้นพร้อมกับทั้งหมดข้างต้น - ใช้ MOSFET ที่มี Vth / Rds ที่ต่ำมาก

5. หากเป็นตัวเลือกการใช้ MOSFET ตัวที่สองแบบขนานจะลดความต้านทานรวมลงครึ่งหนึ่งดังนั้นการกระจายพลังงานจะลดลงครึ่งหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าการกระจายพลังงานของมอสเฟตแต่ละตัวคือ 0.25 ของเวอร์ชั่นมอสเฟตเดียว สิ่งนี้ถือว่าการจับคู่ Rds ที่เหมาะสมที่สุด (MOSFETs มี tempco บวกและส่วนประกอบจากชุดเดียวกันจะค่อนข้างใกล้เคียงดังนั้นจึงจะปิด) ซึ่งจะสร้างความแตกต่างใหญ่ดังนั้นอาจคุ้มค่ากับพื้นที่ / ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม

หากต้องการแสดงให้เห็นว่า Rds มีความแตกต่างกันอย่างไรกับสัญญาณอินพุตนั้นดูวงจรนี้:

จำลอง:

การติดตามสีเขียวคือสัญญาณอินพุตและการติดตามสีน้ำเงินคือ MOSFET Rds เราสามารถเห็นได้ว่าแรงดันสัญญาณอินพุตลดลง Rds เพิ่มขึ้น - ต่ำกว่า Vgs อย่างมาก ~ 1V (แรงดันเกณฑ์สำหรับ MOSFET นี้น่าจะอยู่ในระดับนี้)
โปรดทราบว่าแรงดันไฟฟ้าจะพุ่งเข้าหาจุดเริ่มต้นของ MOSFET เพียงเล็กน้อย ปิด; สิ่งนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วแม้กระทั่งมิลลิโวลต์อีกไม่กี่ตัวก็จะสร้าง RDS ที่สูงกว่ามาก

การจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อ MOSFET เปิดใช้งานเต็มที่การโหลดควรมีผลกระทบน้อยมาก:

แกน X คือความต้านทานโหลด (R_load) และร่องรอยสีน้ำเงินคือ MOSFET Rds ในช่วง1Ωถึง10kΩ เราสามารถเห็น Rds แตกต่างกันไปน้อยกว่า1mΩ (ฉันสงสัยว่าการเปลี่ยนที่คมชัดเป็นเพียง SPICE แต่ค่าเฉลี่ยควรจะเชื่อถือได้พอสมควร) แรงดันประตูเป็น 0V และแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็น 3VDC