MOSFETの選択ポイント

の選択MOSFETは非常に重要です。間違った選択は回路全体の電力使用に影響を与える可能性があります。さまざまなスイッチング回路のさまざまな MOSFET コンポーネントとパラメータのニュアンスをマスターすることは、エンジニアが多くの問題を回避するのに役立ちます。以下は Guanhua Weiye の推奨事項の一部です。 MOSFETの選択に。

まず、P チャネルと N チャネル

最初のステップは、N チャネル MOSFET と P チャネル MOSFET のどちらを使用するかを決定することです。電力アプリケーションでは、MOSFET が接地され、負荷が幹線電圧に接続されている場合、MOSFET低圧側スイッチを構成します。低電圧側スイッチングでは、デバイスのターンオフまたはターンオンに必要な電圧を考慮して、一般に N チャネル MOSFET が使用されます。 MOSFET がバスと負荷グランドに接続されている場合、高電圧側スイッチが使用されます。電圧駆動を考慮して、通常は P チャネル MOSFET が使用されます。アプリケーションに適切なコンポーネントを選択するには、デバイスの駆動に必要な電圧と、設計への実装の容易さを決定することが重要です。次のステップは、必要な電圧定格、つまりコンポーネントが伝送できる最大電圧を決定することです。電圧定格が高くなるほど、デバイスのコストも高くなります。実際には、電圧定格は幹線またはバスの電圧より大きくなければなりません。これにより、MOSFET が故障しないように十分な保護が提供されます。 MOSFET の選択では、ドレインからソースまでに耐えられる最大電圧、つまり最大 VDS を決定することが重要です。そのため、MOSFET が耐えられる最大電圧は温度によって変化することを理解しておくことが重要です。設計者は、動作温度範囲全体にわたって電圧範囲をテストする必要があります。回路が故障しないように、定格電圧にはこの範囲をカバーするのに十分なマージンが必要です。さらに、誘導電圧過渡現象に関する他の安全係数も考慮する必要があります。

次に、電流定格を決定します

MOSFETの定格電流は回路構造によって異なります。定格電流は、負荷があらゆる状況下で耐えることができる最大電流です。電圧の場合と同様に、設計者は、システムがスパイク電流を生成する場合でも、選択した MOSFET がこの定格電流を流すことができることを確認する必要があります。現在考慮すべき 2 つのシナリオは、連続モードとパルス スパイクです。 MOSFET は、電流がデバイスに連続的に流れるとき、連続導通モードで定常状態になります。パルス スパイクとは、デバイスを流れる多数のサージ (または電流のスパイク) を指します。この場合、最大電流が決まれば、この最大電流に耐えることができるデバイスを直接選択するだけで済みます。

定格電流を選択した後、導通損失も計算されます。特定のケースでは、MOSFET導電プロセス中に発生する電気損失、いわゆる導電損失のため、理想的なコンポーネントではありません。 「オン」の場合、MOSFET は可変抵抗器として機能します。可変抵抗器はデバイスの RDS(ON) によって決まり、温度によって大きく変化します。デバイスの電力損失は Iload2 x RDS(ON) から計算できます。オン抵抗は温度によって変化するため、電力損失も比例して変化します。 MOSFET に印加される電圧 VGS が高くなるほど、RDS(ON) は低くなります。逆に、RDS(ON) は高くなります。システム設計者にとって、ここでシステム電圧に応じたトレードオフが関係します。ポータブル設計の場合は、低電圧の方が容易であり (より一般的です)、工業設計の場合は、高電圧を使用できます。 RDS(ON) 抵抗は電流とともにわずかに増加することに注意してください。

テクノロジーはコンポーネントの特性に多大な影響を及ぼし、一部のテクノロジーでは最大 VDS を増加すると RDS(ON) が増加する傾向があります。このような技術では、VDS と RDS(ON) を下げるにはウェハ サイズを大きくする必要があり、それに伴うパッケージ サイズとそれに対応する開発コストが増加します。業界にはウェーハサイズの増大を制御しようとする多くの技術があり、その中で最も重要なものはトレンチ技術とチャージバランス技術です。トレンチ技術では、オン抵抗 RDS(ON) を低減するために、通常は低電圧用に確保される深いトレンチがウェーハに埋め込まれます。

Ⅲ．放熱要件を決定する

次のステップは、システムの熱要件を計算することです。最悪のケースと実際のケースという 2 つの異なるシナリオを考慮する必要があります。 TPV は、最悪のシナリオの結果を計算することを推奨します。これは、この計算によってより大きな安全マージンが提供され、システムが故障しないことが保証されるためです。

IV.スイッチング性能

最後にMOSFETのスイッチング性能です。スイッチング性能に影響を与えるパラメータは数多くありますが、重要なものはゲート/ドレイン、ゲート/ソース、ドレイン/ソース容量です。これらの静電容量は、スイッチングされるたびに充電する必要があるため、コンポーネント内でスイッチング損失を形成します。その結果、MOSFETのスイッチング速度が低下し、デバイスの効率が低下します。スイッチング中のデバイスの合計損失を計算するには、設計者はターンオン中の損失 (Eon) とターンオフ中の損失 (Eoff) を計算する必要があります。これは、次の式で表すことができます: Psw = (Eon + Eoff) x スイッチング周波数。また、ゲート電荷 (Qgd) はスイッチング性能に最も大きな影響を与えます。