Free Press

Basic MOSFET Selection Rules / Checks

Drain to Source max voltage rating (max Vds) määrittää maksimijännitteen, jonka voit kytkeä.

Portin kynnysjännite määrittää jännite-eron, joka sinun on kohdistettava porttiin, jotta mosfet johtaisi.

Gate to Source max -jännite (max Vgs) on kriittinen tekijä, jota ei saa ylittää (edes muutamalla nS:llä) tai MOSFET voi tuhoutua. Tuleeko virtakiskoihin piikki? Jos näin on, tarjoa jonkinlainen suojaus (esim. transienttisuojaus) tai valitse laite, jonka nimellisarvo on suurempi. Kytkettäessä korkeajännitekiskoja (esim. 24V matalajännitelogiikasta) voit usein täyttää tämän vaatimuksen käyttämällä potentiaalinjakajaa, joka antaa mosfetille porttijännitteen yli 0V.

Onko sinun käytettävä mosfet-ohjain-IC:tä? Jos mosfetilla on suuri portin kytkentävirta (esim. Suuren virran MOSFETit) tai se kytketään nopeasti (sen varmistamiseksi, että mosfet toimii tehokkaasti minimaalisella tehohäviöllä), tämä voi olla tarpeen.

Katso alla olevat huomautukset ’Miksi MOSFETit vikaantuvat’

Yleisiä huomautuksia

Vahvistetut MOSFETit sallivat päällä ollessaan virran kumpaankin suuntaan olennaisesti identtisellä RDSONilla. Kun ne ovat pois päältä, ne estävät virran toiseen suuntaan.

Korkean tuloimpedanssinsa vuoksi MOSFETit ovat alttiita sähköstaattisten purkausten aiheuttamille vaurioille. Joskus niissä on integroidut suojadiodit tai zenerit.

Vahvistustilan mosfetit sisältävät diodin lähde- ja tyhjennysnastojen väliin.
Kaksinkertainen tehostettu mosfetti sisältää kaksi diodia katodista katodiin.

MOSFET tarvitsee porttivirtaa vain kytkentäreunan aikana GS-kapasitanssin lataamiseksi. Tämä porttivirta voi olla suuri.

Kytkeäksesi 0V

Käytä N-kanavaista MOSFETiä, jonka Source on kytketty 0V:hen (joko suoraan tai virranrajoitusvastuksen kautta) ja kuorma on kytketty Drainiin.

Kun porttijännite ylittää lähdejännitteen vähintään portin kynnysjännitteen verran, MOSFET johtaa. Mitä korkeampi jännite on, sitä enemmän Mosfet voi johtaa.

N-kanavaisilla mosfeteilla on pienemmät kytkentävastukset kuin P-kanavaisilla mosfeteilla, joten ne ovat suositeltavampia, jos voit valita, kumpi puoli kytketään.

N-kanavaiset MOSFETit voivat myös kytkeä +V tietyissä kokoonpanoissa, jolloin Drain on Vin ja Source on kytketty Vout.

Kytkeäksesi +V:n P-kanavaisella MOSFET:llä

Käytä P-kanavaista MOSFET:tä, jonka Source on kytketty +V:hen (joko suoraan tai virranrajoitusvastuksen kautta) ja kuorma on kytketty Drainiin.

Yleensä Source-napin on oltava positiivisempi kuin Drain (tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa, kun käytetään P-mosfettia esimerkiksi käänteisen napaisuuden suojaamiseen).

Kun porttijännite on pienempi kuin (lähdejännite – portin kynnysjännite), MOSFET johtaa. Jos porttijännite on tätä suurempi, se ei johda. Mitä suurempi jännite-ero Lähteeseen, sitä enemmän MOSFET voi johtaa.

P-kanavaisilla mosfeteilla on suuremmat kytkentävastukset kuin N-kanavaisilla mosfeteilla, joten ne ovat usein vähemmän suositeltavia.

P-kanavainen MOSFET on etu N-kanavaiseen MOSFETiin nähden joissakin sovelluksissa päälle/pois-säädön yksinkertaisuuden vuoksi. N-kanavainen mosfet, joka kytkee +V, vaatii ylimääräisen jännitekiskon portille; P-kanavainen ei tarvitse.

Kytkeäksesi +V N-kanavaisella MOSFETillä

Käytä N-kanavaista MOSFETiä, jonka Drain on kytketty +V:hen ja kuorma on kytketty Sourceen.

Tässä järjestelyssä on kuitenkin juju – mosfet kytkeytyy päälle Vgs-kynnyksen saavuttamisen perusteella ja lähdejännite vaihtelee tässä järjestelyssä pois päältä (0V) ja päälle (Vin) välillä. Tämä tarkoittaa, että et voi kytkeä porttia Viniin, tarvitset eri jännitekiskon, joka on korkeampi kuin Vin vähintään mosfetin Vgs-kynnyksen verran ja joka ei myöskään ylitä suurinta Vgs-spesifikaatiota.

Porttivastus

Matalan vastuksen käyttäminen MOSFET-ohjaimen ja MOSFET-porttipäätteen välissä vaimentaa johto-induktanssin ja porttikapasitanssin aiheuttamia sointuvärähtelyjä, jotka voivat muuten ylittää porttipäätteen sallitun enimmäisjännitteen. Se myös hidastaa MOSFETin käynnistymis- ja sammumisnopeutta. Tämä voi olla hyödyllistä, jos MOSFETin omat diodit eivät kytkeydy päälle riittävän nopeasti.

Jos ohjaat MOSFET:iä pomppivasta, mahdollisesti meluisasta linjasta (esimerkiksi relekoskettimista), kannattaa käyttää pientä sarjaporttivastusta MOSFET:n lähellä VHF-oskillaation vaimentamiseksi. 22 ohmia riittää, voit käyttää vähemmänkin.

Jos nopeus / etenemisviive on kriittinen, sinun on ehkä yritettävä välttää porttivastuksen käyttöä tai pidettävä sen arvo pienenä. Esimerkiksi 5V-signaalilla ja FDN335N: llä 1K-porttivastus voi lisätä noin 200-400nS etenemisviiveen (viivästynyt kytkentä portista tyhjennykseen).

Korkeavirtaisten MOSFETien kohdalla porttikanavan kapasitanssi voi olla hyvin suuri ja nopeasti muuttuva tyhjennysjännite voi tuottaa milliampeeritason ohimenevän porttivirran. Tämä voi riittää yliohjaamaan ja jopa vahingoittamaan herkkiä CMOS-ohjainpiirejä. Sarjavastus on kompromissi nopeuden ja suojauksen välillä, ja tyypillisiä arvoja ovat 100R – 10K. Jopa ilman induktiivisia kuormia esiintyy dynaamista porttivirtaa. Lisäksi MOSFETit ovat erittäin herkkiä sähköstaattisen purkauksen aiheuttamille vaurioille, ja yksittäinen portin rikkoutuminen voi vahingoittaa niitä peruuttamattomasti. Tästä syystä on erittäin hyvä idea käyttää 1K-10K:n porttisarjavastuksia. Tämä on erityisen tärkeää, jos porttisignaali tulee toisesta piirilevystä.

Jos MOSFET voidaan jättää kellumaan, käytä vetovastusta (100K – 1M on yleensä ok) portista lähteeseen.

Gate Driver IC:t

Driver IC:tä käytetään usein suurivirtaisille MOSFETeille ja käytettäessä nopeita kytkentänopeuksia, koska MOSFET tarvitsee lyhyitä, mutta suuria virtoja vaihtaakseen tilaa. A-kuljettajien sisääntulot ovat tyypillisesti logiikkatasoisia. Usein MOSFETit vaativat 1 – 2A:n taajuusmuuttajan, jotta ne kytkeytyvät tehokkaasti satojen kilohertsien taajuuksilla. Tätä ohjausta tarvitaan pulssimaisesti, jotta MOSFETin porttikapasitanssit voidaan ladata ja purkaa nopeasti.

MOSFETien rinnakkaistaminen

MOSFETit voidaan sijoittaa rinnakkain virrankäsittelykyvyn parantamiseksi. Liitä yksinkertaisesti portti-, lähde- ja tyhjennysliittimet yhteen. MOSFETejä voidaan rinnakkaistaa mikä tahansa määrä, mutta huomaa, että porttikapasitanssi kasvaa, kun rinnakkaistetaan useampia MOSFETejä, ja lopulta MOSFET-ohjain ei pysty ohjaamaan niitä.

N-kanavamosfettien käyttäminen positiivisten jännitteiden kytkemiseen

Kyllä voit! Niin kauan kuin Vgs-speksejä noudatetaan, N-kanava kytkeytyy tyypillisesti päälle ja antaa virran virrata lähteestä Drainiin (Source positiivisempi kuin Drain). Runkodiodi antaa virran virrata joka tapauksessa, mutta mosfetin kytkeminen päälle antaa sen virrata täysin.

Runkodiodin käyttäminen

Voit käyttää runkodiodia, jotta virta pääsee kulkemaan mosfetin läpi, mutta sinun on oltava varovainen ja tiedettävä, mitä teet varmistaaksesi, ettei mosfet vaurioidu sitä tekemällä.

Mosfet True Switch / kaksisuuntainen kytkin P-kanavaisilla MOSFETeillä

Käyttämällä tätä P-kanavaisia mosfetteja selkä menosuuntaan, kun virta virtaa molempiin suuntiin. Kun virta on pois päältä, molemmat puolet ovat eristettyjä. Voit käyttää mitä tahansa tyypillistä P-kanavamosfettia.

Transistorikytkintä tarvitaan, koska portit on kytkettävä avoimen tyhjennyksen ulostulon avulla, jotta vältytään siltä, että on off-signaalista tulee riittävän suuri Vgs suhteessa kytkettäviin draineihin kytkettyihin virtakiskoihin . Transistori voisi hävitä avoimen tyhjennyksen IC: stä, joka voi sietää Drain-jännitteitä, kun off käytetään signaalin antamiseen.

Huomaa, että tämä järjestely sopii vain, jos kytkettävä jännite on > Vgs kytkentäkynnys käytetyn mosfetin kytkentäkynnys.

Missä tätä ei voida taata tai missä optoeristystä tarvitaan, photo mosfet solid state -releet ovat erinomainen ratkaisu. Esimerkkejä:

Avago ASSR-1218 – 200mA, 60V mitoitettu. Kytkee onnellisesti alhaisia jännitteitä, kuten +3V3, ilman jännitehäviötä, joka ei johdu muusta kuin sen päälle kytketystä resistanssista (eli ilman jännitehäviötä, joka aiheutuu transistorilähtöisen optoerottimen käytöstä).

Mosfet True Switch / kaksisuuntainen kytkin N-kanavaisilla MOSFETeillä

Esimerkki:

Miksi MOSFETit eivät toimi

Riittämätön porttiohjaus

MOSFET-laitteet kykenevät kytkemään suuria tehomääriä vain siksi, että ne on suunniteltu haihduttamaan minimaalinen teho, kun ne kytketään päälle. Sinun on varmistettava, että MOSFET on kytketty tiukasti päälle, jotta häviö on mahdollisimman pieni johtamisen aikana. Jos laitetta ei ole kytketty täysin päälle, laitteella on suuri vastus johtumisen aikana ja se hukkaa huomattavan paljon tehoa lämpönä.

Ylijännite

Ylitä MOSFETin nimellisjännite vain muutamalla nS:llä ja voit tuhota sen. Valitse MOSFET-laitteet konservatiivisesti odotetuille jännitetasoille ja varmista, että sallit tai hoidat mahdollisten jännitepiikkien tai soimisen vaimentamisen.

Piikkivirran ylikuormitus

Lyhytaikaiset ylikuormitusvirrat voivat aiheuttaa MOSFET:lle asteittaista vaurioitumista usein niin, että lämpötilan nousu ennen vikaantumista on vain vähän havaittavissa. MOSFETSit ilmoittavat usein korkeat huippuvirran nimellisarvot, mutta ne ovat tyypillisesti vain muutaman 100 uS:n huippuvirroille. Jos kytket induktiivista kuormaa, varmista, että MOSFET on ylimitoitettu käsittelemään huippuvirtoja.

Pitkäkestoinen virran ylikuormitus

Jos MOSFET läpäisee suuren virran, sen päälläolovastus aiheuttaa sen lämpenemisen. Jos jäähdytys on huono, MOSFET voi tuhoutua liiallisesta lämpötilasta. Ratkaisu tähän voi olla useiden MOSFETien rinnakkaistaminen, jotta suuret kuormitusvirrat voidaan jakaa niiden kesken.

H- tai täyssiltakonfiguraatio Läpilyönti / ristiinjohtuminen

Käytettäessä P- ja N-MOSFETejä jännitekiskojen välissä H- tai L-lähtöjännitteen tuottamiseksi, jos MOSFETien ohjaussignaalit menevät päällekkäin, ne oikosulkevat tehokkaasti syöttöjännitteen, ja tätä kutsutaan läpilyöntitilanteeksi. Kun näin tapahtuu, kaikki syötön irrotuskondensaattorit purkautuvat nopeasti molempien laitteiden kautta joka kerta, kun tapahtuu kytkentäsiirtymä, mikä johtaa hyvin lyhyisiin mutta suuriin virtapulsseihin.

Tämän välttämiseksi on sallittava kytkentäsiirtymien välinen kuollut aika, jonka aikana kumpikaan MOSFET ei ole päällä.

Ei vapaavirtapolkua

Kytkettäessä induktiivisia kuormia on oltava polku, jonka kautta vastamomenttivirta pääsee vapaapyörimään, kun MOSFET kytkeytyy pois päältä. Parannustilan MOSFETit sisältävät diodin, joka tarjoaa tämän suojan.

MOSFET-runkodiodin hidas takaisinkytkentä

Korkean Q:n resonanssipiirit pystyvät varastoimaan huomattavaa energiaa induktanssiinsa ja itsekapasitanssiinsa. Tietyissä viritysolosuhteissa tämä aiheuttaa virran ”vapaan pyörimisen” MOSFET-laitteiden sisäisten runkodiodien läpi, kun yksi MOSFET sammuu ja toinen laite kytkeytyy päälle. Ongelma syntyy sisäisen runkodiodin hitaasta sammumisesta (tai käänteisestä palautumisesta), kun vastakkainen MOSFET yrittää kytkeytyä päälle. MOSFET-runkodiodien palautumisaika on yleensä pitkä verrattuna itse MOSFETin suorituskykyyn. Jos yhden MOSFETin runkodiodi on johtava, kun vastakkainen laite kytketään päälle, syntyy ”oikosulku”, joka on samanlainen kuin edellä kuvattu läpilyöntitila. Voit ratkaista tämän ongelman lisäämällä Schottky-diodin, joka on kytketty sarjaan MOSFET-lähteen kanssa (estää MOSFET-runkodiodia koskaan joutumasta vapaapyörivän virran aiheuttamaksi eteenpäin suuntautuvaksi), ja suurnopeusdiodin (nopea palautuminen), joka on kytketty rinnakkain MOSFET/Schottky-parin kanssa niin, että vapaapyörivän virran kulku ohittaa MOSFETin ja Schottkyn kokonaan. Näin varmistetaan, että MOSFET-runkodiodia ei koskaan johdeta. Vapaavirta hoidetaan nopeasti palautuvilla diodeilla, jotka aiheuttavat vähemmän läpilyöntiongelmia.

Ylimääräinen porttiohjaus

Jos MOSFETin porttia ohjataan liian suurella jännitteellä, portin oksidieristys voi puhkaistua ja tuhota MOSFETin tehokkaasti. Varmista, että porttiohjaussignaalissa ei ole kapeita jännitepiikkejä, jotka voisivat ylittää suurimman sallitun porttijännitteen.

Hitaat kytkentäsiirtymät

Vakaan päälle- ja pois päältä -tilan aikana haihtuu vähän energiaa, mutta siirtymäaikojen aikana haihtuu huomattavan paljon energiaa. Siksi on suotavaa siirtyä tilojen välillä mahdollisimman nopeasti, jotta kytkennän aikainen tehohäviö olisi mahdollisimman pieni. Koska MOSFET-portti vaikuttaa kapasitiiviselta, tarvitaan huomattavia virtapulsseja, jotta portti voidaan ladata ja purkaa muutamassa kymmenessä nanosekunnissa. Portin huippuvirrat voivat olla jopa ampeerin suuruisia.

Häiritsevä värähtely

MOSFET-tulot ovat suhteellisen korkea-impedanssisia, mikä voi johtaa vakausongelmiin. Tietyissä olosuhteissa korkeajännitteiset MOSFET-laitteet voivat värähtää hyvin korkeilla taajuuksilla ympäröivän piirin harhainduktanssin ja kapasitanssin vuoksi. (Taajuudet ovat yleensä alhaisia MHz:n taajuuksia.) Lisäksi olisi käytettävä matalaimpedanssista porttiohjauspiiriä, jotta estetään hajasignaalien kytkeytyminen laitteen porttiin.

Johtohäiriöt ohjaimen kanssa

Suurten virtojen nopea kytkentä voi aiheuttaa virtalähteen kiskoihin jännitehäviöitä ja transienttipiikkejä, jotka voivat aiheuttaa häiriöitä ohjauspiiriin. On käytettävä hyviä purku- ja tähtipistemaadoitustekniikoita.

Stattisen sähkön aiheuttamat vauriot

MOSFETit ovat hyvin herkkiä staattiselle sähkölle. Antistaattisia käsittelyvarotoimia on käytettävä porttioksidivaurioiden estämiseksi.