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今天教你4个步骤选择一个合适的MOSFET。
第一步:选用N沟道还是P沟道为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。在典型的功率应用中,当一个MOSFET接地,而负载连接到干线电压上时,该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用N沟道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。要选择适合应用的器件,必须确定驱动器件所需的电压,以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压,或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大,器件的成本就越高。根据实践经验,额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护,使MOSFET不会失效。就选择MOSFET而言,必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压,即最大VDS。知道MOSFET能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围,确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。第二步:确定额定电流第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下,MOSFET处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOSFET并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。第三步:确定热要求
选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况,即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。
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。第四步:决定开关性能选择MOSFET的最后一步是决定MOSFET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。MOSFET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。
在现代科技领域,芯片已经成为不可或缺的一部分,它们的应用涵盖了各个方面,从家电到汽车再到医疗设备。作为芯片的使用者,我们不妨来了解一下这些芯片的分类和应用。首先,计算机芯片是最常见的芯片类型,它们被广泛应用于各种电子设备中。例如,CPU是计算机的“大脑”,它能够处理各种复杂的运算和指令,可以说是计算机的核心部件。而GPU则是用于图形处理的芯片,它能够优化图形的渲染效果,使得游戏和视频的画面更加流畅和清晰。MCU是微控制器芯片,它能够集成多种功能,如输入输出、存储、通信等,通常应用于嵌入式设备和物联网设备中。AI芯片是近年来才兴起的一种芯片,它采用人工智能技术,能够模拟人类的思维和学习能力,被广泛应用于机器人、智能家居等领域。其次,存储芯片是用于数据存储的芯片,它们能够将数据存储在内部的存储器中,并在需要时快速读取。DRAM是动态随机存储器,它的读写速度非常快,通常用于计算机内存中;SDRAM是同步动态随机存储器,它具有更高的读写速度和存储容量,通常用于服务器和高端计算机中。ROM是只读存储器,它的数据是固化在内部的,不可更改,通常用于存储程序代码和固件。NAND是一种闪存存储器,它具有高速读写、大容量和低功耗等特点,通常用于移动设备和存储卡中。第三,通信芯片是用于数据传输的芯片,它们能够实现各种不同的传输方式和协议。蓝牙芯片是用于短距离无线传输的芯片,通常用于手机、耳机、手表等设备中;WiFi芯片是用于无线网络传输的芯片,可以实现高速的无线网络连接,通常用于路由器、智能家居设备等中;USB接口芯片是用于连接外设的芯片,可以实现高速的数据传输和电源充电,通常用于电脑、手机等设备中;以太网接口芯片是用于有线网络传输的芯片,它可以实现高速的数据传输和通信,通常用于路由器、交换机等中;HDMI芯片是用于高清视频传输的芯片,它可以实现高清的视频和音频传输,通常用于电视、投影仪等设备中。第四,感知芯片是用于感知环境和收集信息的芯片,它们能够实现各种不同的感知方式和功能。MEMS芯片是微电子机械系统芯片,它能够实现微小的机械运动和振动,通常用于加速度计、陀螺仪等设备中;麦克风芯片是用于声音采集的芯片,它能够实现高质量的语音录制和识别,通常用于手机、智能音箱等中;摄像头芯片是用于图像采集的芯片,它能够实现高清的图像和视频采集,通常用于手机、摄像机等设备中。最后,电源芯片是用于电源管理的芯片,它们能够实现各种不同的电源管理功能。稳压器芯片是用于稳定电压的芯片,它能够实现电压的稳定和调节,通常用于电子设备中;开关电源芯片是用于高效节能的芯片,它能够实现电源的高效转换和节能管理,通常用于电脑、手机等设备中;充电器芯片是用于电池充电的芯片,它能够实现电池的快速、安全充电,通常用于手机、平板电脑等设备中。总的来说,芯片类型繁多,应用广泛,我们只需简单了解一下它们的分类和应用即可。当我们使用电子设备的时候,不妨多留意一下这些芯片的作用和功能,可以更好地理解设备的工作原理和优化使用体验。
随着当前人工智能技术普遍应用于日常生活和传统产业,对于底层芯片计算能力的需求一直 在飞速增长,其增速已经大幅超过了摩尔定律的速度。例如在 2021年,由Google提出的 Switch Transformer网络及Facebook提出的DLRM12T网络,分别是2017年Google提出的Transformer网络模型大小的7,600倍和57,000倍。人工智能运算常常具有大运算量、高并发度、访存频繁的特点,且不同子领域(如视觉、语音与自然语言处理)所涉及的运算模式具有高度多样性,对于芯片的微架构、指令集、制造工艺甚至配套系统软件都提出了巨大的挑战。根据市场调研公司Tractica的研究报告,人工智能芯片的市场规模将由2018年的51亿美 元增长到2025年的726亿美元,年均复合增长率将达到 46.14%。随着人工智能市场需求潜力逐步释放,通用型人工智能芯片未来将成为该市场的主流产品。寒武纪是智能芯片领域全球知名的新兴公司,其掌握的智能处理器指令集、智能处理器微架构、智能芯片编程语言、智能芯片数学库等核心技术,具有壁垒高、研发难、应用广等特点,对集成电路行业与人工智能产业具有重要的技术价值、经济价值和生态价值。截止目前,寒武纪已形成体系化的产品布局和矩阵,能提供云边端一体、软硬件协同、训练推理融合、具备统一生态的系列化智能芯片产品和平台化基础系统软件。值得注意的是,公司所研发的通用型智能芯片产品,具备灵活的指令集和精巧的处理器架构,技术壁垒高但应用面广,可覆盖人工智能领域高度多样化的应用场景(如 视觉、语音、自然语言理解、传统机器学习、生成式人工智能等)。与 CPU、GPU 等芯片相比,通用型智能芯片能够更好地匹配和支持人工智能算法中的关键运算操作,在性能和功耗上存在显著优势。
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