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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。
芯片之谜:几千万晶体管如何构建从电脑、手机到电视、汽车,现代科技离不开芯片的支持。而芯片中最重要的组成部分——晶体管,究竟是如何在微小的芯片内实现的呢?晶体管的基础结构晶体管是一种基于半导体材料的电子器件,其基础结构包括三部分:源极、漏极和栅极。其中源极和漏极是连接电路的两端,栅极则控制着晶体管的导电状态。制造晶体管的工艺制造晶体管的过程需要先通过光刻技术在芯片表面制造出导电层、绝缘层和控制层。随后,通过离子注入或扩散等方式将半导体材料中掺入不同类型的杂质,形成n型或p型半导体。最后,通过金属化和封装等步骤,将制造好的晶体管集成到芯片中。晶体管的功能晶体管在现代电子设备中扮演着重要的角色,可以实现信号放大、电路开关以及数字逻辑运算等功能。而在微处理器中,几千万晶体管的组合可以实现计算机的高速运算和复杂数据处理。晶体管的发明开创了电子技术的新时代,其在现代科技中的应用已经不可或缺。而通过不断的技术创新和工艺改进,晶体管的数量和性能也在不断提升,为我们带来更多的便利和可能。
反激式变压器是最高性价比、高效隔离式电源转换器的最常用选择,功率为一到几十瓦特不等。新型FLYT-004和FLYT-005变压器适用于车载EV/PHV AC/DC电池充电器,具有准谐振反激模式,开关频率为50kHz – 300kHz,最大占空比为85%。反激式变压器可以实现高电路隔离、多路输出,提供正或负输出电压。初级和次级绕组隔离是该产品的一个关键特征。变压器的设计可以承受开关过程中产生的高压尖脉冲。此外, 它还可以提供充分的隔离,满足安全要求(对于加强隔离级别,绕组之间的电压高达3kV)。FLYT-004产品的电感值为17.5 µH,功率为10 W。FLYT-005产品的电感值为15 µH,功率大小类似。二者均适合采用SMT焊接到PCB(印刷电路板)上。特定的SMD定制线轴设计保证了机械性能和可靠性,最终尺寸与其标称功率相关。OBC(车载充电器)一般与汽车的动力系统集成,需要使用变压器将外部充电站或家庭充电装置传输的交流电源转换为汽车电池充电需要的直流电源。电源控制装置需要安装反激式变压器来提供几种不同的低电压。普莱默研发了用于生产反激变压器的全自动生产工艺。目前,越南工厂利用普莱默RoboticsTM提供的协作机器人实现了全自动化生产。高自动化水平,加上卓越的质量水平,可以满足电动汽车和混合动力汽车的大量需求。
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