MOSFET 패키지 스위칭 튜브 선택 및 회로 다이어그램

첫 번째 단계는 다음을 선택하는 것입니다.MOSFET, N채널과 P채널의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 전력 시스템에서 MOSFET은 전기 스위치로 간주될 수 있습니다. N채널 MOSFET의 게이트와 소스 사이에 양의 전압이 추가되면 해당 스위치가 전도됩니다. 전도 중에 전류는 스위치를 통해 드레인에서 소스로 흐를 수 있습니다. 드레인과 소스 사이에는 온 저항 RDS(ON)이라는 내부 저항이 존재합니다. MOSFET의 게이트는 고임피던스 단자이므로 항상 게이트에 전압이 추가된다는 점을 분명히 해야 합니다. 이는 나중에 제시되는 회로도에서 게이트가 연결되는 접지 저항입니다. 게이트를 매달아 놓으면 장치가 설계된 대로 작동하지 않고 부적절한 순간에 켜지거나 꺼질 수 있어 시스템의 전력 손실이 발생할 수 있습니다. 소스와 게이트 사이의 전압이 0이 되면 스위치가 꺼지고 전류가 장치를 통해 흐르는 것을 멈춥니다. 이 시점에서 장치가 꺼지더라도 누설 전류(IDSS)라고 하는 작은 전류가 여전히 존재합니다.

1단계: N채널 또는 P채널 선택

설계에 적합한 장치를 선택하는 첫 번째 단계는 N채널 MOSFET을 사용할지 P채널 MOSFET을 사용할지 결정하는 것입니다. 일반적인 전력 애플리케이션에서 MOSFET이 접지되고 부하가 트렁크 전압에 연결되면 해당 MOSFET은 저전압 측 스위치를 구성합니다. 저전압측 스위치에서는 N채널MOSFET장치를 끄거나 켜는 데 필요한 전압을 고려하여 사용해야 합니다. MOSFET이 버스에 연결되고 부하가 접지될 때 고전압 측 스위치가 사용됩니다. 이 토폴로지에서는 일반적으로 전압 구동을 고려하기 위해 P 채널 MOSFET이 사용됩니다.

2단계: 현재 등급 결정

두 번째 단계는 MOSFET의 정격 전류를 선택하는 것입니다. 회로 구조에 따라 이 정격 전류는 모든 상황에서 부하가 견딜 수 있는 최대 전류여야 합니다. 전압의 경우와 마찬가지로 설계자는 시스템이 스파이크 전류를 생성하는 경우에도 선택한 MOSFET이 이 정격 전류를 견딜 수 있는지 확인해야 합니다. 현재 고려되는 두 가지 사례는 연속 모드와 펄스 스파이크입니다. 이 매개변수는 참조로 FDN304P 튜브 데이터시트를 기반으로 하며 매개변수는 그림에 표시됩니다.

연속 전도 모드에서 전류가 장치를 통해 지속적으로 흐를 때 MOSFET은 정상 상태에 있습니다. 펄스 스파이크는 장치에 많은 양의 서지(또는 스파이크 전류)가 흐르는 경우입니다. 이러한 조건에서 최대 전류가 결정되면 이 최대 전류를 견딜 수 있는 장치를 직접 선택하기만 하면 됩니다.

정격 전류를 선택한 후에는 전도 손실도 계산해야 합니다. 실제로는MOSFET전도 과정에서 전도 손실이라고 하는 전력 손실이 발생하기 때문에 이상적인 장치는 아닙니다. MOSFET의 "on"은 가변 저항처럼 장치의 RDS(ON)에 따라 결정되며 온도 및 상당한 변화에 따라 결정됩니다. 장치의 전력 소모는 Iload2 x RDS(ON)으로 계산할 수 있으며 온 저항은 온도에 따라 달라지므로 전력 소모는 이에 비례하여 달라집니다. MOSFET에 인가되는 전압 VGS가 높을수록 RDS(ON)은 작아집니다. 반대로 RDS(ON)은 더 높아집니다. 시스템 설계자의 경우 이는 시스템 전압에 따라 상충 관계가 작용하는 부분입니다. 휴대용 설계의 경우 더 낮은 전압을 사용하는 것이 더 쉽고 더 일반적이며, 산업용 설계의 경우 더 높은 전압을 사용할 수 있습니다. RDS(ON) 저항은 전류에 따라 약간 증가합니다. RDS(ON) 저항기의 다양한 전기적 매개변수의 변화는 제조업체에서 제공하는 기술 데이터 시트에서 확인할 수 있습니다.

3단계: 열 요구 사항 결정

MOSFET 선택의 다음 단계는 시스템의 열 요구 사항을 계산하는 것입니다. 설계자는 최악의 경우와 실제 경우라는 두 가지 시나리오를 고려해야 합니다. 최악의 시나리오에 대한 계산은 더 큰 안전 여유를 제공하고 시스템이 실패하지 않도록 보장하므로 권장됩니다. MOSFET 데이터 시트에는 알아야 할 몇 가지 측정값도 있습니다. 패키징된 장치의 반도체 접합과 환경 사이의 열 저항, 최대 접합 온도 등이 있습니다.

장치의 접합 온도는 최대 주변 온도에 열 저항과 전력 손실을 곱한 값과 같습니다(접합 온도 = 최대 주변 온도 + [열 저항 × 전력 손실]). 이 방정식을 통해 시스템의 최대 전력 손실을 계산할 수 있으며 이는 정의상 I2 x RDS(ON)과 동일합니다. 직원이 장치를 통과할 최대 전류를 결정했으므로 다양한 온도에 대해 RDS(ON)을 계산할 수 있습니다. 단순한 열 모델을 다룰 때 설계자는 반도체 접합/장치 케이스 및 케이스/환경의 열 용량도 고려해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 즉, 인쇄 회로 기판과 패키지가 즉시 예열되지 않아야 합니다.

일반적으로 PMOSFET에는 기생 다이오드가 존재하며 다이오드의 기능은 소스-드레인 역방향 연결을 방지하는 것입니다. PMOS의 경우 NMOS에 비해 턴온 전압이 0이 될 수 있고 사이의 전압 차이가 있다는 것입니다. DS 전압은 많지 않은 반면 NMOS 온 상태에서는 VGS가 임계값보다 높아야 제어 전압이 필연적으로 필요한 전압보다 높아져 불필요한 문제가 발생합니다. PMOS는 다음 두 가지 애플리케이션의 제어 스위치로 선택됩니다.

장치의 접합 온도는 최대 주변 온도에 열 저항과 전력 손실을 곱한 값과 같습니다(접합 온도 = 최대 주변 온도 + [열 저항 × 전력 손실]). 이 방정식을 통해 시스템의 최대 전력 손실을 계산할 수 있으며 이는 정의상 I2 x RDS(ON)과 동일합니다. 설계자가 장치를 통과할 최대 전류를 결정했으므로 다양한 온도에 대해 RDS(ON)을 계산할 수 있습니다. 단순한 열 모델을 다룰 때 설계자는 반도체 접합/장치 케이스 및 케이스/환경의 열 용량도 고려해야 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 즉, 인쇄 회로 기판과 패키지가 즉시 예열되지 않아야 합니다.

일반적으로 PMOSFET에는 기생 다이오드가 존재하며 다이오드의 기능은 소스-드레인 역방향 연결을 방지하는 것입니다. PMOS의 경우 NMOS에 비해 턴온 전압이 0이 될 수 있고 사이의 전압 차이가 있다는 것입니다. DS 전압은 많지 않은 반면 NMOS 온 상태에서는 VGS가 임계값보다 높아야 제어 전압이 필연적으로 필요한 전압보다 높아져 불필요한 문제가 발생합니다. PMOS는 다음 두 가지 애플리케이션의 제어 스위치로 선택됩니다.

이 회로를 보면 제어 신호 PGC는 V4.2가 P_GPRS에 전원을 공급하는지 여부를 제어합니다. 이 회로는 소스와 드레인 단자가 역방향으로 연결되지 않고, R110과 R113은 R110 제어 게이트 전류가 너무 크지 않다는 점에서 존재하고, R113은 정상의 게이트를 제어하고, R113은 PMOS와 같이 하이로 풀업됩니다. 그러나 제어 신호의 풀업으로 볼 수도 있습니다. MCU 내부 핀과 풀업, 즉 출력이 오픈 드레인일 때 오픈 드레인의 출력이 불가능할 수 있습니다. PMOS를 끄려면 이때 풀업에 따른 외부 전압이 필요하므로 저항 R113은 두 가지 역할을 합니다. 풀업을 제공하려면 외부 전압이 필요하므로 저항 R113은 두 가지 역할을 합니다. r110은 더 작을 수 있으며 100Ω까지 가능합니다.