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N/P結(jié)構(gòu)的MOS管選型有何不同?——從開關性能、封裝形式兩方面考慮
金譽半導體在接到客戶咨詢關于MOS管的時候,總會被問到一個問題:怎么選擇合適的MOS管?關于這一個問題,金譽半導體昨天針對這個問題,在電壓、電流方面已經(jīng)做出了部分解釋,今天我們來看其他方面的影響。
確定N、P溝道的選擇
選型之前我們要清楚MOS管的原理:MOS管有兩種結(jié)構(gòu)形式,即N溝道型和P溝道型,結(jié)構(gòu)不一樣,使用的電壓極性也會不一樣,因此,在確定選擇哪種產(chǎn)品前,首先需要確定采用N溝道還是P溝道MOS管。
MOS管的兩種結(jié)構(gòu):N溝道型和P溝道型
由于制造工藝的原因,P溝的MOS管通常比N溝的MOS管具有更大的導通電阻,這意味著導通功耗會更大。這是選擇時需要注意的地方。一般而言,如果是低邊開關應用,使用N溝MOS管是首選,驅(qū)動方便,選擇靈活。如果是高邊開關應用,P溝MOS管驅(qū)動相對簡單,但導通電阻相對較大,價格相對較高。N溝MOS管驅(qū)動比較復雜,一般需要額外的電源或者自動驅(qū)動。
確定熱要求
散熱要求方面設計人員必須考慮兩種不同的情況:最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結(jié)果,因為這個結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會失效。在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測量數(shù)據(jù),比如封裝器件的半導體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻,以及最大的結(jié)溫。
器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積,即結(jié)溫=最大環(huán)境溫度(熱阻×功率耗散)。根據(jù)這個方程可解出系統(tǒng)的最大功率耗散=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(jié)/器件外殼及外殼/環(huán)境的熱容量;即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。
確定開關性能
選擇MOS管的最后一步是確定其開關性能。影響開關性能的參數(shù)有很多,但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。因為在每次開關時都要對這些電容充電,會在器件中產(chǎn)生開關損耗;MOS管的開關速度也因此被降低,器件效率隨之下降;其中,柵極電荷(Qgd)對開關性能的影響最大。
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),進而推導出MOS管開關總功率:Psw=(EonEoff)×開關頻率。
封裝因素考量
不同的封裝尺寸MOS管具有不同的熱阻和耗散功率,需要考慮系統(tǒng)的散熱條件和環(huán)境溫度(如是否有風冷、散熱器的形狀和大小限制、環(huán)境是否封閉等因素),基本原則就是在保證功率MOS管的溫升和系統(tǒng)效率的前提下,選取參數(shù)和封裝更通用的功率MOS管。
小到選N型還是P型、封裝類型,大到MOSFET的耐壓、導通電阻等,不同的應用需求千變?nèi)f化,工程師在選擇MOS管時,一定要依據(jù)電路設計需求及MOS管工作場所來選取合適的MOS管,從而獲得最佳的產(chǎn)品設計體驗。當然,在考慮性能的同時,成本也是選擇的因素之一,只有高性價比的產(chǎn)品,才能讓工程師設計的產(chǎn)品在品質(zhì)與收益中達到平衡。