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六步挑選一個碳化硅MOSFET

日期:2020-09-11 來源:GaN世界閱讀:487
核心提示:實際上使用MOSFET,直接在市場上挑選所需要的就行了。我們可以把MOSFET選型分成六個步驟。并且,以Cree旗下公司Wolfspeed于近期
實際上使用MOSFET,直接在市場上挑選所需要的就行了。我們可以把MOSFET選型分成六個步驟。并且,以Cree旗下公司Wolfspeed于近期宣布推出新型15-mΩ和60-mΩ 650V碳化硅 MOSFET為例。

第一步:選用N溝道還是P溝道?
當一個MOSFET接地,而負載連接到干線電壓上時,該MOSFET就構成了低壓側開關,應采用N溝道MOSFET。
當MOSFET連接到總線,而負載接地時,該MOSFET就構成了高壓側開關,通常采用P溝道MOSFET。
 
第二步:確定額定電壓
確定所需的額定電壓,或者說器件所能承受的最大電壓。根據實踐經驗,額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓。
額定電壓越大,器件的成本就越高;
額定電壓會隨溫度而變化,必須保證整個工作溫度范圍不會失效;
需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備(如電機或變壓器)誘發的電壓瞬變;
不同應用的額定電壓也有所不同:便攜式設備為20V,FPGA電源為20~30V、85~220V,AC應用為450~600V。
第三步:確定額定電流
與電壓的情況相似,設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流,即使在系統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈沖尖峰。在連續導通模式下,MOSFET處于穩態,此時電流連續通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,只需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。
第四步,計算損耗
MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻,由器件的RDS(ON)所確定,并隨溫度而顯著變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會越小;反之RDS(ON)就會越高。對系統設計人員來說,這就是取決于系統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說,采用較低的電壓比較容易(較為普遍),而對于工業設計,可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。關于RDS(ON)電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術資料表中查到。
第五步:確定熱要求
設計人員必須考慮兩種不同的情況,即最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結果,因為這個結果提供更大的安全余量,能確保系統不會失效。
器件的結溫等于最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=最大環境溫度+[熱阻×功率耗散])。根據這個方程可解出系統的最大功率耗散,即按定義相等于I2×RDS(ON)。由于設計人員已確定將要通過器件的最大電流,因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是,在處理簡單熱模型時,設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量;即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。
一個常見的特殊情況是雪崩擊穿——反向電壓超過最大值,并形成強電場使器件內電流增加。該電流將耗散功率,使器件的溫度升高,而且有可能損壞器件。
 
第六步:決定開關性能
影響開關性能的參數有很多,但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極、漏極/源極電容。這些電容會在器件中產生開關損耗,因為在每次開關時都要對它們充電。MOSFET的開關速度因此被降低,器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗,設計人員必須計算開通過程中的損耗(Eon)和關閉過程中的損耗(Eoff)。MOSFET開關的總功率可用如下方程表達:Psw=(Eon+Eoff)×開關頻率。
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