Quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalar sanoat, iste'mol, harbiy va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi va yuqori strategik mavqega ega. Keling, rasmdagi quvvat qurilmalarining umumiy rasmini ko'rib chiqaylik:
Quvvatli yarim o'tkazgichli qurilmalar elektron signallarni boshqarish darajasiga ko'ra to'liq turdagi, yarim boshqariladigan turdagi va boshqarilmaydigan turlarga bo'linishi mumkin. Yoki haydash pallasining signal xususiyatlariga ko'ra, uni kuchlanish bilan boshqariladigan turga, oqim bilan boshqariladigan turga va boshqalarga bo'lish mumkin.
| Tasniflash | turi | Maxsus quvvatli yarim o'tkazgich qurilmalari |
| Elektr signallarining boshqarilishi | Yarim boshqariladigan tur | SCR |
| To'liq nazorat | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Boshqarib bo'lmaydigan | Quvvat diodi | |
| Haydash signalining xususiyatlari | Voltaj bilan ishlaydigan tur | IGBT, MOSFET, SITH |
| Joriy boshqariladigan turi | SCR, GTO, GTR | |
| Samarali signal to'lqin shakli | Pulse tetik turi | SCR, GTO |
| Elektron boshqaruv turi | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Tok o'tkazuvchi elektronlar ishtirok etadigan vaziyatlar | bipolyar qurilma | Quvvatli diod, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Unipolyar qurilma | MOSFET, SIT | |
| Kompozit qurilma | MCT, IGBT, SITH va IGCT |
Har xil quvvatli yarimo'tkazgich qurilmalari kuchlanish, oqim quvvati, impedans qobiliyati va o'lchami kabi turli xususiyatlarga ega. Haqiqiy foydalanishda turli sohalar va ehtiyojlar bo'yicha tegishli qurilmalarni tanlash kerak.
Yarimo'tkazgich sanoati paydo bo'lganidan beri moddiy o'zgarishlarning uch avlodini boshidan kechirdi. Hozirgacha Si tomonidan taqdim etilgan birinchi yarimo'tkazgich materiali hali ham asosan quvvatli yarim o'tkazgich qurilmalari sohasida qo'llaniladi.
| Yarimo'tkazgichli material | Bandgap (eV) | Erish nuqtasi (K) | asosiy dastur | |
| 1-avlod yarimo'tkazgich materiallari | Ge | 1.1 | 1221 | Past kuchlanishli, past chastotali, o'rta quvvatli tranzistorlar, fotodetektorlar |
| 2-avlod yarimo'tkazgich materiallari | Si | 0,7 | 1687 | |
| 3-avlod yarimo'tkazgich materiallari | GaAs | 1.4 | 1511 | Mikroto'lqinli pech, millimetrli to'lqinli qurilmalar, yorug'lik chiqaradigan qurilmalar |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Yuqori haroratli, yuqori chastotali, radiatsiyaga chidamli yuqori quvvatli qurilmalar 2. Moviy, navli, binafsha rangli yorug'lik diodlari, yarim o'tkazgichli lazerlar | |
| GaN | 3.4 | 1973 yil | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Yarim boshqariladigan va to'liq boshqariladigan quvvat qurilmalarining xususiyatlarini umumlashtiring:
| Qurilma turi | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Nazorat turi | Pulse tetik | Joriy nazorat | kuchlanish nazorati | kino markazi |
| o'z-o'zidan o'chirish liniyasi | Kommutatsiyani o'chirish | o'z-o'zini o'chirish qurilmasi | o'z-o'zini o'chirish qurilmasi | o'z-o'zini o'chirish qurilmasi |
| ish chastotasi | ＜1 kHz | ＜30 kHz | 20khz-MHz | ＜40 kHz |
| Haydash kuchi | kichik | katta | kichik | kichik |
| kommutatsiya yo'qotishlari | katta | katta | katta | katta |
| o'tkazuvchanlikni yo'qotish | kichik | kichik | katta | kichik |
| Voltaj va oqim darajasi | mài | katta | minimal | Ko'proq |
| Oddiy ilovalar | O'rta chastotali induksion isitish | UPS chastota konvertori | kommutatsiya quvvat manbai | UPS chastota konvertori |
| narx | eng past | pastroq | o'rtasida | Eng qimmat |
| o'tkazuvchanlikni modulyatsiya qilish effekti | bor | bor | yo'q | bor |
MOSFET bilan tanishing
MOSFET yuqori kirish empedansi, past shovqin va yaxshi termal barqarorlikka ega; u oddiy ishlab chiqarish jarayoni va kuchli nurlanishga ega, shuning uchun u odatda kuchaytirgich davrlarida yoki kommutatsiya davrlarida qo'llaniladi;
(1) Asosiy tanlash parametrlari: drenaj manbai kuchlanishi VDS (bardosh kuchlanish), ID uzluksiz qochqin oqimi, RDS (yoqilgan) qarshiligi, Ciss kirish sig'imi (birlashma sig'imi), sifat omili FOM = Ron * Qg va boshqalar.
(2) Turli jarayonlarga ko'ra, u TrenchMOS ga bo'linadi: xandaq MOSFET, asosan 100V ichida past kuchlanishli maydonda; SGT (Split Gate) MOSFET: split eshik MOSFET, asosan 200V ichida o'rta va past kuchlanish sohasida; SJ MOSFET: MOSFET super ulanishi, asosan yuqori kuchlanishli 600-800V maydonida;
Ochiq drenaj sxemasi kabi kommutatsiya quvvat manbaida drenaj yukga buzilmagan holda ulanadi, bu ochiq drenaj deb ataladi. Ochiq drenaj pallasida, yukning qanchalik yuqori kuchlanishiga bog'liq bo'lishidan qat'i nazar, yuk oqimini yoqish va o'chirish mumkin. Bu ideal analog kommutatsiya qurilmasi. Bu kommutatsiya qurilmasi sifatida MOSFET printsipi.
Bozor ulushi bo'yicha MOSFETlar deyarli barchasi yirik xalqaro ishlab chiqaruvchilar qo'lida to'plangan. Ular orasida Infineon 2015 yilda IR (Amerika xalqaro rektifikator kompaniyasi) ni sotib oldi va sanoat yetakchisiga aylandi. ON Semiconductor, shuningdek, 2016 yil sentyabr oyida Fairchild Semiconductor sotib olishni yakunladi. , bozor ulushi ikkinchi o'ringa ko'tarildi, keyin esa savdo reytinglari Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna va boshqalar edi;
Mainstream MOSFET brendlari bir nechta seriyalarga bo'lingan: Amerika, Yaponiya va Koreya.
Amerika seriyalari: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS va boshqalar;
Yapon tili: Toshiba, Renesas, ROHM va boshqalar;
Koreya seriallari: Magna, KEC, AUK, Morina Xiroshi, Shinan, KIA
MOSFET paket toifalari
PCB platasiga o'rnatish usuliga ko'ra, MOSFET paketlarining ikkita asosiy turi mavjud: plagin (teshik orqali) va sirt o'rnatish (Surface Mount). -
Plug-in turi MOSFET pinlari tenglikni platasining o'rnatish teshiklaridan o'tib, tenglikni taxtasiga payvandlanganligini anglatadi. Keng tarqalgan plagin paketlariga quyidagilar kiradi: dual in-line paketi (DIP), tranzistor kontur paketi (TO) va pin grid array paketi (PGA).
Plug-in qadoqlash
Yuzaki o'rnatish - MOSFET pinlari va issiqlik tarqalish gardishlari tenglikni taxtasi yuzasidagi prokladkalarga payvandlanadi. Odatda sirt o'rnatish paketlariga quyidagilar kiradi: tranzistor konturi (D-PAK), kichik konturli tranzistor (SOT), kichik kontur paketi (SOP), to'rtta tekis paket (QFP), plastmassa qo'rg'oshinli chip tashuvchisi (PLCC) va boshqalar.
sirt o'rnatish paketi
Texnologiyaning rivojlanishi bilan, anakartlar va grafik kartalar kabi PCB platalari hozirda kamroq va kamroq to'g'ridan-to'g'ri plaginli qadoqlashdan foydalanmoqda va ko'proq sirtga o'rnatiladigan qadoqlash qo'llaniladi.
1. Ikki qatorli paket (DIP)
DIP to'plami ikki qatorli pinga ega va uni DIP tuzilmasi bo'lgan chip rozetkasiga kiritish kerak. Uning hosil bo'lish usuli SDIP (Shrink DIP) bo'lib, u shrink ikki qatorli paketdir. Pim zichligi DIP dan 6 baravar yuqori.
DIP qadoqlash strukturasi shakllariga quyidagilar kiradi: ko'p qatlamli keramika ikki qatorli DIP, bir qatlamli keramika ikki qatorli DIP, qo'rg'oshin ramka DIP (shu jumladan shisha-keramika muhrlash turi, plastik kapsülleme strukturasi turi, keramika past eriydigan shisha kapsülleme. turi) va boshqalar. DIP qadoqlashning o'ziga xos xususiyati shundaki, u tenglikni platalarini teshik orqali payvandlashni osonlik bilan amalga oshirishi va anakart bilan yaxshi mos kelishidir.
Biroq, uning qadoqlash maydoni va qalinligi nisbatan katta bo'lgani uchun va vilkalar ulash va o'chirish jarayonida pinlar osonlik bilan shikastlanganligi sababli, ishonchlilik yomon. Shu bilan birga, jarayonning ta'siri tufayli pinlar soni odatda 100 dan oshmaydi. Shuning uchun elektron sanoatning yuqori integratsiyalashuvi jarayonida DIP qadoqlash asta-sekin tarix sahnasidan chiqib ketdi.
2. Transistorlar kontur paketi (TO)
TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 va boshqalar kabi dastlabki qadoqlash xususiyatlari plaginli qadoqlash dizaynlaridir.
TO-3P/247: Bu o'rta-yuqori kuchlanish va yuqori oqimli MOSFETlar uchun keng tarqalgan ishlatiladigan qadoqlash shakli. Mahsulot yuqori chidamli kuchlanish va kuchli parchalanish qarshiligi xususiyatlariga ega. .
TO-220/220F: TO-220F to'liq plastik paket bo'lib, uni radiatorga o'rnatishda izolyatsion pad qo'shishning hojati yo'q; TO-220 o'rta pinga ulangan metall qatlamga ega va radiatorni o'rnatishda izolyatsion pad talab qilinadi. Ushbu ikkita paket uslubining MOSFETlari o'xshash ko'rinishga ega va ular bir-birining o'rnida ishlatilishi mumkin. .
TO-251: Ushbu qadoqlangan mahsulot asosan xarajatlarni kamaytirish va mahsulot hajmini kamaytirish uchun ishlatiladi. U asosan 60A dan past bo'lgan o'rta kuchlanish va yuqori oqim va 7N dan past bo'lgan yuqori kuchlanishli muhitlarda qo'llaniladi. .
TO-92: Ushbu paket faqat past kuchlanishli MOSFET (10A dan past oqim, 60V dan past kuchlanish) va yuqori voltli 1N60/65 uchun sarf-xarajatlarni kamaytirish uchun ishlatiladi.
So'nggi yillarda, plaginli qadoqlash jarayonining yuqori payvandlash narxi va yamoq tipidagi mahsulotlarga issiqlik tarqalishining pastligi sababli, sirt o'rnatish bozorida talab o'sishda davom etdi, bu ham TO qadoqlashning rivojlanishiga olib keldi. sirtga o'rnatiladigan qadoqlarga joylashtiring.
TO-252 (shuningdek, D-PAK deb ataladi) va TO-263 (D2PAK) ikkalasi ham sirtga o'rnatiladigan paketlardir.
TO mahsulot ko'rinishini qadoqlash
TO252/D-PAK - bu plastik chip to'plami bo'lib, u odatda quvvat tranzistorlari va kuchlanishni barqarorlashtiruvchi chiplarni qadoqlash uchun ishlatiladi. Bu hozirgi asosiy paketlardan biridir. Ushbu qadoqlash usuli yordamida MOSFET uchta elektrodga ega, eshik (G), drenaj (D) va manba (S). Drenaj (D) pinasi kesilgan va ishlatilmaydi. Buning o'rniga, orqa tarafdagi issiqlik qabul qiluvchisi to'g'ridan-to'g'ri tenglikni payvandlagan drenaj (D) sifatida ishlatiladi. Bir tomondan, u katta oqimlarni chiqarish uchun ishlatiladi va boshqa tomondan, u PCB orqali issiqlikni tarqatadi. Shuning uchun PCBda uchta D-PAK yostig'i mavjud va drenaj (D) yostig'i kattaroqdir. Uning qadoqlash xususiyatlari quyidagilardan iborat:
TO-252/D-PAK paketi o'lchami spetsifikatsiyalari
TO-263 TO-220 ning bir variantidir. U asosan ishlab chiqarish samaradorligini va issiqlik tarqalishini yaxshilash uchun mo'ljallangan. Bu juda yuqori oqim va kuchlanishni qo'llab-quvvatlaydi. 150A dan past va 30V dan yuqori bo'lgan o'rta kuchlanishli yuqori oqimli MOSFETlarda tez-tez uchraydi. D2PAK (TO-263AB) ga qo'shimcha ravishda, u TO-263-ga bo'ysunadigan TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 va boshqa uslublarni ham o'z ichiga oladi, ular asosan pinlarning har xil soni va masofasi tufayli. .
TO-263/D2PAK paket o'lchami spetsifikatsiyasis
3. PIN panjara massivi paketi (PGA)
PGA (Pin Grid Array Package) chipining ichida va tashqarisida bir nechta kvadrat massiv pinlari mavjud. Har bir kvadrat qator pin chip atrofida ma'lum masofada joylashgan. Pimlar soniga qarab, u 2 dan 5 gacha doira shaklida tuzilishi mumkin. O'rnatish vaqtida chipni maxsus PGA rozetkasiga ulang. U oson ulash va o'chirish va yuqori ishonchlilik afzalliklariga ega va yuqori chastotalarga moslasha oladi.
PGA paket uslubi
Uning chipli substratlarining aksariyati keramik materialdan tayyorlangan, ba'zilari esa substrat sifatida maxsus plastik qatronlardan foydalanadi. Texnologiya nuqtai nazaridan, pin markazining masofasi odatda 2,54 mm ni tashkil qiladi va pinlar soni 64 dan 447 gacha. Bunday qadoqlashning o'ziga xos xususiyati shundaki, qadoqlash maydoni (hajmi) qanchalik kichik bo'lsa, quvvat sarfi shunchalik past bo'ladi (ishlash). ) bardosh bera oladi va aksincha. Chiplarni qadoqlashning ushbu uslubi dastlabki kunlarda keng tarqalgan va asosan protsessorlar kabi yuqori quvvat sarflaydigan mahsulotlarni qadoqlash uchun ishlatilgan. Misol uchun, Intelning 80486 va Pentium'lari ushbu qadoqlash uslubidan foydalanadilar; MOSFET ishlab chiqaruvchilari tomonidan keng qo'llanilmaydi.
4. Kichik konturli tranzistorlar to‘plami (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) - bu yamoq tipidagi kichik quvvatli tranzistorlar to'plami, asosan SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (ya'ni SOT23-5) va boshqalar. SOT323, SOT363/SOT26 (ya'ni SOT23-6) va boshqa turlari olingan, ular hajmi jihatidan TO paketlariga qaraganda kichikroq.
SOT paketi turi
SOT23 keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan tranzistorlar to'plami bo'lib, uchta qanot shaklidagi pinlar, ya'ni kollektor, emitent va tayanch bo'lib, ular komponentning uzun tomonining ikkala tomonida joylashgan. Ularning orasida emitent va tayanch bir tomonda joylashgan. Ular kam quvvatli tranzistorlar, dala effektli tranzistorlar va rezistorli tarmoqlarga ega kompozit tranzistorlarda keng tarqalgan. Ular yaxshi quvvatga ega, ammo lehim qobiliyati past. Tashqi ko'rinishi quyidagi rasmda (a) ko'rsatilgan.
SOT89 tranzistorning bir tomonida uchta qisqa pinga ega. Boshqa tomon esa issiqlik tarqalish qobiliyatini oshirish uchun taglikka ulangan metall issiqlik moslamasidir. Bu kremniy quvvat yuzasiga o'rnatiladigan tranzistorlarda keng tarqalgan va yuqori quvvatli ilovalar uchun javob beradi. Tashqi ko'rinishi quyidagi (b) shaklda ko'rsatilgan. .
SOT143 to'rtta qisqa qanot shaklidagi pinga ega bo'lib, ular ikkala tomondan chiqariladi. Pimning kengroq uchi kollektordir. Ushbu turdagi paketlar yuqori chastotali tranzistorlarda keng tarqalgan bo'lib, uning ko'rinishi quyidagi rasmda (c) ko'rsatilgan. .
SOT252 yuqori quvvatli tranzistor bo'lib, bir tomondan uchta pinli, o'rta pin esa qisqaroq va kollektordir. Issiqlikning tarqalishi uchun mis qatlam bo'lgan boshqa uchida kattaroq pinga ulang va uning ko'rinishi quyidagi rasmda (d) ko'rsatilgan.
Umumiy SOT paketi ko'rinishini taqqoslash
To'rt terminalli SOT-89 MOSFET odatda anakartlarda qo'llaniladi. Uning texnik xususiyatlari va o'lchamlari quyidagicha:
SOT-89 MOSFET o'lchami spetsifikatsiyalari (birlik: mm)
5. Kichik kontur paketi (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) sirtga o'rnatish paketlaridan biri bo'lib, SOL yoki DFP deb ham ataladi. Pimlar qadoqning har ikki tomonidan qavak qanoti shaklida (L shakli) tortiladi. Materiallar plastik va keramika. SOP qadoqlash standartlariga SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 va boshqalar kiradi. SOPdan keyingi raqam pinlar sonini bildiradi. Ko'pgina MOSFET SOP paketlari SOP-8 spetsifikatsiyalarini qabul qiladi. Sanoat ko'pincha "P" ni o'tkazib yuboradi va uni SO (Small Out-Line) deb qisqartiradi.
SOP-8 paket hajmi
SO-8 birinchi marta PHILIP kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan. U plastmassaga qadoqlangan, issiqlik tarqalishining pastki plitasi yo'q va issiqlik tarqalishi yomon. Odatda kam quvvatli MOSFETlar uchun ishlatiladi. Keyinchalik, TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) kabi standart spetsifikatsiyalar asta-sekin olingan; ular orasida TSOP va TSSOP odatda MOSFET qadoqlashda qo'llaniladi.
Odatda MOSFETlar uchun ishlatiladigan SOPdan olingan spetsifikatsiyalar
6. Quad Flat Package (QFP)
QFP (Plastic Quad Flat Package) paketidagi chip pinlari orasidagi masofa juda kichik va pinlar juda nozik. U odatda keng miqyosli yoki o'ta katta integral mikrosxemalarda qo'llaniladi va pinlar soni odatda 100 dan ortiq. Ushbu shaklda qadoqlangan chiplar chipni anakartga lehimlash uchun SMT sirt o'rnatish texnologiyasidan foydalanishi kerak. Ushbu qadoqlash usuli to'rtta asosiy xususiyatga ega: ① PCB elektron platalariga simlarni o'rnatish uchun SMD sirtini o'rnatish texnologiyasiga mos keladi; ② Yuqori chastotali foydalanish uchun javob beradi; ③ Ishlash oson va yuqori ishonchlilikka ega; ④ Chip maydoni va qadoqlash maydoni o'rtasidagi nisbat kichik. PGA qadoqlash usuli kabi, bu qadoqlash usuli chipni plastik paketga o'raydi va chip o'z vaqtida ishlaganda hosil bo'lgan issiqlikni yo'qota olmaydi. Bu MOSFET ish faoliyatini yaxshilashni cheklaydi; va plastik qadoqlashning o'zi engil, nozik, qisqa va kichik bo'lish yo'nalishi bo'yicha yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqish talablariga javob bermaydigan qurilma hajmini oshiradi. Bundan tashqari, ushbu turdagi qadoqlash usuli ishlab chiqarish samaradorligining pastligi va yuqori qadoqlash xarajati muammolariga ega bo'lgan bitta chipga asoslangan. Shuning uchun QFP mikroprotsessorlar/eshik massivlari kabi raqamli mantiqiy LSI sxemalarida foydalanish uchun ko'proq mos keladi va VTR signalini qayta ishlash va audio signalni qayta ishlash kabi analog LSI sxema mahsulotlarini qadoqlash uchun ham mos keladi.
7、Qo'rg'oshinsiz to'rtta yassi paket (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded paketi) to'plami to'rt tomondan elektrod kontaktlari bilan jihozlangan. Qo'rg'oshin yo'qligi sababli, o'rnatish maydoni QFP dan kichikroq va balandligi QFP dan pastroq. Ular orasida keramik QFN, shuningdek, LCC (Leadless Chip Carriers) deb ataladi va shisha epoksi qatroni bosilgan substrat taglik materialidan foydalangan holda arzon narxlardagi plastik QFN plastik LCC, PCLC, P-LCC va boshqalar deb ataladi. kichik yostiq o'lchami, kichik hajmli texnologiya va muhrlash materiali sifatida plastmassa. QFN asosan integral mikrosxemalar qadoqlash uchun ishlatiladi va MOSFET ishlatilmaydi. Biroq, Intel o'rnatilgan drayver va MOSFET yechimini taklif qilganligi sababli, u DrMOS-ni QFN-56 paketida ishga tushirdi ("56" chipning orqasidagi 56 ulanish pinini anglatadi).
Shuni ta'kidlash kerakki, QFN to'plami ultra yupqa kichik kontur paketi (TSSOP) bilan bir xil tashqi qo'rg'oshin konfiguratsiyasiga ega, ammo uning hajmi TSSOPdan 62% kichikroq. QFN modellashtirish ma'lumotlariga ko'ra, uning issiqlik ko'rsatkichi TSSOP qadoqlashdan 55% yuqori va elektr ko'rsatkichlari (indüktans va sig'im) TSSOP o'rashidan mos ravishda 60% va 30% yuqori. Eng katta kamchilik shundaki, uni ta'mirlash qiyin.
QFN-56 paketidagi DrMOS
An'anaviy diskret DC / DC bosqichma-bosqich kommutatsiya quvvat manbalari yuqori quvvat zichligi talablariga javob bera olmaydi, shuningdek, yuqori kommutatsiya chastotalarida parazitar parametr ta'siri muammosini hal qila olmaydi. Texnologiyaning innovatsiyalari va rivojlanishi bilan ko'p chipli modullarni yaratish uchun drayverlar va MOSFETlarni birlashtirish haqiqatga aylandi. Ushbu integratsiya usuli bo'sh joyni sezilarli darajada tejashga va energiya iste'moli zichligini oshirishga yordam beradi. Drayvlar va MOSFETlarni optimallashtirish orqali u haqiqatga aylandi. Quvvat samaradorligi va yuqori sifatli doimiy oqim, bu DrMOS o'rnatilgan haydovchi IC.
Renesas 2-avlod DrMOS
QFN-56 qo'rg'oshinsiz paketi DrMOS termal empedansini juda past qiladi; ichki simli ulanish va mis qisqich dizayni bilan tashqi PCB simlarini minimallashtirish mumkin, bu esa indüktans va qarshilikni kamaytiradi. Bundan tashqari, ishlatiladigan chuqur kanalli silikon MOSFET jarayoni ham o'tkazuvchanlik, kommutatsiya va eshik zaryad yo'qotishlarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin; u turli kontrollerlar bilan mos keladi, turli ish rejimlariga erisha oladi va faol fazani o'zgartirish rejimi APS (Avtomatik fazani almashtirish) ni qo'llab-quvvatlaydi. QFN qadoqlashdan tashqari, ikki tomonlama tekis qo'rg'oshinsiz qadoqlash (DFN) ham ON Semiconductor ning turli komponentlarida keng qo'llaniladigan yangi elektron qadoqlash jarayonidir. QFN bilan solishtirganda, DFN har ikki tomonda kamroq chiqadigan elektrodlarga ega.
8, Plastik qo'rg'oshinli chip tashuvchisi (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) kvadrat shaklga ega va DIP paketidan ancha kichikroq. Uning atrofida pinli 32 ta pin bor. Pimlar paketning to'rt tomonidan T shaklida chiqariladi. Bu plastik mahsulot. Pim markazi masofasi 1,27 mm, pinlar soni esa 18 dan 84 gacha. J shaklidagi pinlar osonlikcha deformatsiyalanmaydi va QFP ga qaraganda osonroq ishlaydi, lekin payvandlashdan keyin tashqi ko'rinishni tekshirish qiyinroq. PLCC qadoqlash SMT sirt o'rnatish texnologiyasidan foydalangan holda PCB-ga simlarni o'rnatish uchun javob beradi. U kichik o'lchamli va yuqori ishonchlilik afzalliklariga ega. PLCC qadoqlash nisbatan keng tarqalgan va mantiqiy LSI, DLD (yoki dastur mantiqiy qurilmasi) va boshqa sxemalarda qo'llaniladi. Ushbu qadoqlash shakli ko'pincha anakart BIOS-da qo'llaniladi, ammo hozirda u MOSFET-larda kamroq tarqalgan.
Asosiy korxonalar uchun inkapsulyatsiya va takomillashtirish
Protsessorlarda past kuchlanish va yuqori oqimning rivojlanish tendentsiyasi tufayli MOSFETlar katta chiqish oqimi, past qarshilik, past issiqlik ishlab chiqarish, tez issiqlik tarqalishi va kichik o'lchamlarga ega bo'lishi kerak. Chip ishlab chiqarish texnologiyasi va jarayonlarini takomillashtirishdan tashqari, MOSFET ishlab chiqaruvchilari ham qadoqlash texnologiyasini takomillashtirishda davom etmoqdalar. Standart tashqi ko'rinish spetsifikatsiyalari bilan muvofiqligi asosida ular yangi qadoqlash shakllarini taklif qiladilar va o'zlari ishlab chiqqan yangi paketlar uchun tovar belgisi nomlarini ro'yxatdan o'tkazadilar.
1, RENESAS WPAK, LFPAK va LFPAK-I paketlari
WPAK - Renesas tomonidan ishlab chiqilgan yuqori issiqlik radiatsiya to'plami. D-PAK to'plamiga taqlid qilib, chip issiqlik moslamasi anakartga payvandlanadi va issiqlik anakart orqali tarqaladi, shuning uchun WPAK kichik paketi ham D-PAK chiqish oqimiga etib borishi mumkin. WPAK-D2 simlarning indüktansını kamaytirish uchun ikkita yuqori/past MOSFET-ni to'playdi.
Renesas WPAK paketi hajmi
LFPAK va LFPAK-I - bu Renesas tomonidan ishlab chiqilgan, SO-8 bilan mos keladigan yana ikkita kichik form-faktor paketlari. LFPAK D-PAK ga o'xshaydi, lekin D-PAK dan kichikroq. LFPAK-i issiqlik qabul qiluvchi orqali issiqlikni tarqatish uchun issiqlik qabul qilgichni yuqoriga joylashtiradi.
Renesas LFPAK va LFPAK-I paketlari
2. Vishay Power-PAK va Polar-PAK qadoqlash
Power-PAK - bu Vishay korporatsiyasi tomonidan ro'yxatga olingan MOSFET paketi nomi. Power-PAK ikkita spetsifikatsiyani o'z ichiga oladi: Power-PAK1212-8 va Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 to'plami
Vishay Power-PAK SO-8 to'plami
Polar PAK ikki tomonlama issiqlik tarqalishiga ega bo'lgan kichik paket bo'lib, Vishayning asosiy qadoqlash texnologiyalaridan biridir. Polar PAK oddiy so-8 paketi bilan bir xil. Paketning yuqori va pastki tomonlarida tarqalish nuqtalari mavjud. Paket ichida issiqlikni to'plash oson emas va ish oqimining joriy zichligini SO-8 dan ikki baravar oshirishi mumkin. Hozirda Vishay STMicroelectronics kompaniyasiga Polar PAK texnologiyasini litsenziyalagan.
Vishay Polar PAK to'plami
3. Onsemi SO-8 va WDFN8 tekis qo'rg'oshin paketlari
ON Semiconductor ikki turdagi tekis o'tkazgichli MOSFETlarni ishlab chiqdi, ular orasida SO-8 mos keluvchi tekis o'tkazgichlar ko'plab taxtalar tomonidan qo'llaniladi. ON Semiconductor kompaniyasining yangi ishga tushirilgan NVMx va NVTx quvvatli MOSFETlari o'tkazuvchanlik yo'qotishlarini minimallashtirish uchun ixcham DFN5 (SO-8FL) va WDFN8 paketlaridan foydalanadi. Shuningdek, u haydovchi yo'qotishlarini minimallashtirish uchun past QG va sig'imga ega.
ON Semiconductor SO-8 Flat Lead Package
ON Semiconductor WDFN8 to'plami
4. NXP LFPAK va QLPAK qadoqlash
NXP (sobiq Philps) SO-8 qadoqlash texnologiyasini LFPAK va QLPAKga yaxshiladi. Ular orasida LFPAK dunyodagi eng ishonchli quvvat SO-8 paketi hisoblanadi; QLPAK kichik o'lchamli va yuqori issiqlik tarqalish samaradorligiga ega. Oddiy SO-8 bilan taqqoslaganda, QLPAK 6 * 5 mm bo'lgan tenglikni taxta maydonini egallaydi va 1,5 k/Vt termal qarshilikka ega.
NXP LFPAK to'plami
NXP QLPAK qadoqlash
4. ST Semiconductor PowerSO-8 to'plami
STMicroelectronics quvvatli MOSFET chiplarini qadoqlash texnologiyalariga SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK va boshqalar kiradi. Ular orasida Power SO-8 SO-8 ning takomillashtirilgan versiyasidir. Bundan tashqari, PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 va boshqa paketlar mavjud.
STMicroelectronics Power SO-8 to'plami
5. Fairchild Semiconductor Power 56 to'plami
Power 56 - Farichildning eksklyuziv nomi va uning rasmiy nomi DFN5×6. Uning qadoqlash maydoni keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan TSOP-8 bilan taqqoslanadi va yupqa paket komponentlar bo'shlig'ining balandligini tejaydi va pastki qismidagi Thermal-Pad dizayni issiqlik qarshiligini pasaytiradi. Shuning uchun, ko'plab quvvat qurilmalari ishlab chiqaruvchilari DFN5 × 6 ni o'rnatdilar.
Fairchild Power 56 to'plami
6. Xalqaro rektifikator (IR) to'g'ridan-to'g'ri FET to'plami
To'g'ridan-to'g'ri FET SO-8 yoki undan kichikroq maydonda samarali yuqori sovutishni ta'minlaydi va kompyuterlar, noutbuklar, telekommunikatsiyalar va maishiy elektronika uskunalarida AC-DC va DC-DC quvvatni o'zgartirish ilovalari uchun javob beradi. DirectFET-ning metall quti konstruktsiyasi ikki tomonlama issiqlik tarqalishini ta'minlaydi, bu standart plastik diskret paketlarga nisbatan yuqori chastotali DC-DC buk konvertorlarining joriy ishlov berish imkoniyatlarini ikki baravar oshiradi. To'g'ridan-to'g'ri FET to'plami teskari o'rnatilgan turdagi bo'lib, drenaj (D) issiqlik qabul qiluvchisi yuqoriga qaragan va metall qobiq bilan qoplangan, bu orqali issiqlik tarqaladi. To'g'ridan-to'g'ri FET qadoqlash issiqlik tarqalishini sezilarli darajada yaxshilaydi va yaxshi issiqlik tarqalishi bilan kamroq joy egallaydi.
Xulosa qiling
Kelajakda elektron ishlab chiqarish sanoati ultra yupqa, miniatyura, past kuchlanish va yuqori oqim yo'nalishida rivojlanishda davom etar ekan, MOSFETning tashqi ko'rinishi va ichki qadoqlash tuzilishi ham ishlab chiqarishning rivojlanish ehtiyojlariga yaxshiroq moslashish uchun o'zgaradi. sanoat. Bundan tashqari, elektron ishlab chiqaruvchilar uchun tanlov chegarasini pasaytirish uchun modullashtirish va tizim darajasida qadoqlash yo'nalishi bo'yicha MOSFET rivojlanish tendentsiyasi tobora ravshan bo'ladi va mahsulotlar ishlash va narx kabi ko'plab o'lchovlardan muvofiqlashtirilgan tarzda rivojlanadi. . Paket MOSFET tanlash uchun muhim mos yozuvlar omillaridan biridir. Turli xil elektron mahsulotlar turli xil elektr talablariga ega va turli xil o'rnatish muhitlari ham mos keladigan o'lchamdagi spetsifikatsiyalarni talab qiladi. Haqiqiy tanlovda qaror umumiy printsip bo'yicha haqiqiy ehtiyojlarga qarab qabul qilinishi kerak. Ba'zi elektron tizimlar PCB hajmi va ichki balandligi bilan cheklangan. Masalan, aloqa tizimlarining modul quvvat manbalari odatda balandlikdagi cheklovlar tufayli DFN5 * 6 va DFN3 * 3 paketlaridan foydalanadi; ba'zi ACDC quvvat manbalarida ultra yupqa dizaynlar yoki qobiq cheklovlari tufayli TO220 paketli quvvatli MOSFETlarni yig'ish uchun javob beradi. Ayni paytda pinlar to'g'ridan-to'g'ri ildizga kiritilishi mumkin, bu TO247 qadoqlangan mahsulotlarga mos kelmaydi; ba'zi ultra yupqa dizaynlar qurilma pinlarini egilib, tekis yotqizishni talab qiladi, bu esa MOSFET tanlashning murakkabligini oshiradi.
MOSFETni qanday tanlash mumkin
Bir marta muhandis menga MOSFET ma'lumotlar varag'ining birinchi sahifasiga hech qachon qaramaganligini aytdi, chunki "amaliy" ma'lumotlar faqat ikkinchi sahifada va undan keyin paydo bo'ladi. MOSFET ma'lumotlar varag'idagi deyarli har bir sahifada dizaynerlar uchun qimmatli ma'lumotlar mavjud. Ammo ishlab chiqaruvchilar tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarni qanday izohlash har doim ham aniq emas.
Ushbu maqolada MOSFET-larning ba'zi asosiy texnik xususiyatlari, ular ma'lumotlar varaqlarida qanday ko'rsatilganligi va ularni tushunishingiz kerak bo'lgan aniq rasm tasvirlangan. Ko'pgina elektron qurilmalar singari, MOSFETlar ish haroratiga ta'sir qiladi. Shuning uchun yuqorida ko'rsatilgan ko'rsatkichlar qo'llaniladigan sinov shartlarini tushunish muhimdir. Shuningdek, "Mahsulotga kirish" da ko'rgan ko'rsatkichlar "maksimal" yoki "odatiy" qiymatlar ekanligini tushunish juda muhim, chunki ba'zi ma'lumotlar varaqlarida buni aniq ko'rsatmaydi.
Kuchlanish darajasi
MOSFETni aniqlaydigan asosiy xarakteristikasi uning drenaj manbai kuchlanishi VDS yoki "drenaj manbasining uzilish kuchlanishi" bo'lib, bu eshik manbaga va drenaj oqimiga qisqa tutashganda MOSFET shikastlanmasdan bardosh bera oladigan eng yuqori kuchlanishdir. 250 mkA ni tashkil qiladi. . VDS, shuningdek, "25 ° C da mutlaq maksimal kuchlanish" deb ataladi, lekin bu mutlaq kuchlanish haroratga bog'liq ekanligini unutmaslik kerak va odatda ma'lumotlar varag'ida "VDS harorat koeffitsienti" mavjud. Bundan tashqari, maksimal VDS doimiy kuchlanish va kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin bo'lgan har qanday kuchlanish ko'tarilishi va dalgalanmalar ekanligini tushunishingiz kerak. Misol uchun, agar siz 100 mV, 5 ns spike bilan 30 V quvvat manbaida 30 V qurilmadan foydalansangiz, kuchlanish qurilmaning mutlaq maksimal chegarasidan oshib ketadi va qurilma ko'chki rejimiga kirishi mumkin. Bunday holda, MOSFETning ishonchliligi kafolatlanmaydi. Yuqori haroratlarda harorat koeffitsienti buzilish kuchlanishini sezilarli darajada o'zgartirishi mumkin. Masalan, 600V kuchlanishli ba'zi N-kanalli MOSFETlar ijobiy harorat koeffitsientiga ega. Ular maksimal ulanish haroratiga yaqinlashganda, harorat koeffitsienti ushbu MOSFET-larning 650V MOSFET kabi harakatlanishiga olib keladi. Ko'pgina MOSFET foydalanuvchilarining dizayn qoidalari 10% dan 20% gacha bo'lgan deating faktorini talab qiladi. Ba'zi dizaynlarda, haqiqiy buzilish kuchlanishi 25 ° C da nominal qiymatdan 5% dan 10% gacha yuqori ekanligini hisobga olsak, dizayn uchun juda foydali bo'lgan haqiqiy dizaynga mos keladigan foydali dizayn chegarasi qo'shiladi. MOSFETlarni to'g'ri tanlash uchun bir xil darajada muhim bo'lib, o'tkazuvchanlik jarayonida VGS gate-manba kuchlanishining rolini tushunishdir. Ushbu kuchlanish ma'lum bir maksimal RDS (yoqilgan) sharoitida MOSFETning to'liq o'tkazilishini ta'minlaydigan kuchlanishdir. Shuning uchun qarshilik har doim VGS darajasiga bog'liq va faqat shu kuchlanishda qurilmani yoqish mumkin. Dizaynning muhim natijasi shundaki, siz RDS(yoqilgan) reytingiga erishish uchun ishlatiladigan minimal VGS kuchlanishidan pastroq kuchlanish bilan MOSFET-ni to'liq yoqolmaysiz. Masalan, MOSFET-ni 3,3 V mikrokontroller bilan to'liq ishga tushirish uchun siz MOSFET-ni VGS = 2,5 V yoki undan pastroqda yoqishingiz kerak.
Qarshilik, darvoza zaryadi va "xizmat ko'rsatkichi"
MOSFET ning qarshiligi har doim bir yoki bir nechta eshikdan manba kuchlanishida aniqlanadi. Maksimal RDS(on) chegarasi odatdagi qiymatdan 20% dan 50% gacha yuqori bo'lishi mumkin. RDS (yoqish) ning maksimal chegarasi odatda 25 ° C gacha bo'lgan ulanish haroratidagi qiymatga ishora qiladi. Yuqori haroratlarda, 1-rasmda ko'rsatilganidek, RDS(yoqish) 30% dan 150% gacha oshishi mumkin. RDS(on) haroratga qarab o'zgarganligi va minimal qarshilik qiymatini kafolatlab bo'lmasligi sababli, RDS(yoqilgan) asosida oqimni aniqlash mumkin emas. juda aniq usul.
1-rasm RDS(yoqish) maksimal ish haroratining 30% dan 150% gacha bo'lgan harorat oralig'ida ortadi.
Qarshilik N-kanal va P-kanalli MOSFETlar uchun juda muhimdir. Quvvat manbalarini almashtirishda Qg quvvat manbalarini almashtirishda ishlatiladigan N-kanalli MOSFETlarni tanlashning asosiy mezoni hisoblanadi, chunki Qg kommutatsiya yo'qotishlariga ta'sir qiladi. Ushbu yo'qotishlar ikkita ta'sirga ega: biri MOSFETni yoqish va o'chirishga ta'sir qiluvchi o'tish vaqti; ikkinchisi har bir o'tish jarayonida eshik sig'imini zaryad qilish uchun zarur bo'lgan energiya. Shuni yodda tutish kerakki, Qg gate-manba kuchlanishiga bog'liq, hatto pastroq Vgs foydalanish kommutatsiya yo'qotishlarini kamaytirsa ham. Kommutatsiya ilovalarida foydalanish uchun mo'ljallangan MOSFETlarni solishtirishning tezkor usuli sifatida dizaynerlar ko'pincha o'tkazuvchanlik yo'qotishlari uchun RDS(on) va kommutatsiya yo'qotishlari uchun Qg dan iborat yagona formuladan foydalanadilar: RDS(on)xQg. Ushbu "xizmat ko'rsatkichi" (FOM) qurilmaning ishlashini umumlashtiradi va MOSFETlarni odatiy yoki maksimal qiymatlar bo'yicha taqqoslash imkonini beradi. Qurilmalar o'rtasida aniq taqqoslashni ta'minlash uchun siz bir xil VGS RDS(on) va Qg uchun ishlatilganiga va nashrda odatiy va maksimal qiymatlar bir-biriga aralashmasligiga ishonch hosil qilishingiz kerak. Pastki FOM sizga ilovalarni almashtirishda yaxshi ishlash imkonini beradi, ammo bu kafolatlanmaydi. Eng yaxshi taqqoslash natijalarini faqat haqiqiy sxemada olish mumkin va ba'zi hollarda sxemani har bir MOSFET uchun nozik sozlash kerak bo'lishi mumkin. Turli sinov sharoitlariga asoslangan nominal oqim va quvvat sarfi, ko'pchilik MOSFETlar ma'lumotlar varag'ida bir yoki bir nechta doimiy drenaj oqimiga ega. Reyting belgilangan korpus haroratida (masalan, TC=25°C) yoki atrof-muhit haroratida (masalan, TA=25°C) ekanligini aniqlash uchun siz ma'lumotlar varag'iga diqqat bilan qarashni xohlaysiz. Ushbu qiymatlardan qaysi biri qurilmaning xususiyatlariga va qo'llanilishiga bog'liq bo'ladi (2-rasmga qarang).
2-rasm Barcha mutlaq maksimal oqim va quvvat qiymatlari haqiqiy ma'lumotlardir
Portativ qurilmalarda ishlatiladigan kichik sirt o'rnatish qurilmalari uchun eng mos oqim darajasi 70 ° C atrof-muhit haroratida bo'lishi mumkin. Issiqlik moslamalari va havoni majburiy sovutish bilan jihozlangan katta uskunalar uchun TA = 25 ℃ da joriy daraja haqiqiy vaziyatga yaqinroq bo'lishi mumkin. Ba'zi qurilmalar uchun matritsa o'zining maksimal ulanish haroratida paketdagi chegaralardan ko'ra ko'proq oqimga bardosh bera oladi. Ba'zi ma'lumotlar varaqlarida ushbu "cheklangan" joriy daraja "paket bilan cheklangan" joriy darajaga qo'shimcha ma'lumot bo'lib, bu sizga qolipning mustahkamligi haqida fikr berishi mumkin. Xuddi shunday mulohazalar faqat haroratga emas, balki o'z vaqtida ham bog'liq bo'lgan uzluksiz quvvat sarfiga tegishli. Tasavvur qiling-a, qurilma TA=70℃ da 10 soniya davomida PD=4W da uzluksiz ishlaydi. "Uzluksiz" vaqt oralig'ini tashkil etuvchi narsa MOSFET paketiga qarab o'zgaradi, shuning uchun siz 10 soniya, 100 soniya yoki 10 daqiqadan so'ng quvvat sarfi qanday ko'rinishini ko'rish uchun ma'lumotlar varag'idagi normallashtirilgan termal vaqtinchalik empedans sxemasidan foydalanmoqchi bo'lasiz. . 3-rasmda ko'rsatilganidek, 10 soniyali impulsdan keyin ushbu ixtisoslashtirilgan qurilmaning issiqlik qarshiligi koeffitsienti taxminan 0,33 ni tashkil qiladi, ya'ni paket taxminan 10 daqiqadan so'ng termal to'yinganlikka erishgandan so'ng, qurilmaning issiqlik tarqalish quvvati 4 Vt o'rniga atigi 1,33 Vtni tashkil qiladi. . Yaxshi sovutish sharoitida qurilmaning issiqlik tarqalish quvvati taxminan 2 Vt ga yetishi mumkin.
Shakl 3 quvvat impulsi qo'llanilganda MOSFETning issiqlik qarshiligi
Aslida, biz MOSFETni qanday tanlashni to'rt bosqichga bo'lishimiz mumkin.
Birinchi qadam: N kanal yoki P kanalni tanlang
Dizayningiz uchun to'g'ri qurilmani tanlashda birinchi qadam N-kanal yoki P-kanal MOSFET-dan foydalanish to'g'risida qaror qabul qilishdir. Oddiy quvvat qo'llashda, MOSFET erga ulanganda va yuk tarmoq kuchlanishiga ulanganda, MOSFET past tomonli kalitni hosil qiladi. Pastki tomondagi kalitda N-kanalli MOSFETlar qurilmani o'chirish yoki yoqish uchun zarur bo'lgan kuchlanishni hisobga olgan holda ishlatilishi kerak. MOSFET avtobusga ulanganda va erga yuklanganda, yuqori tomonli kalit ishlatiladi. P-kanalli MOSFETlar odatda ushbu topologiyada qo'llaniladi, bu ham kuchlanish qo'zg'atuvchisi bilan bog'liq. Ilovangiz uchun to'g'ri qurilmani tanlash uchun siz qurilmani haydash uchun zarur bo'lgan kuchlanishni va dizayningizda buni qilishning eng oson usulini aniqlashingiz kerak. Keyingi qadam kerakli kuchlanish darajasini yoki qurilma bardosh bera oladigan maksimal kuchlanishni aniqlashdir. Voltaj darajasi qanchalik yuqori bo'lsa, qurilmaning narxi shunchalik yuqori bo'ladi. Amaliy tajribaga ko'ra, nominal kuchlanish tarmoq kuchlanishidan yoki avtobus kuchlanishidan kattaroq bo'lishi kerak. Bu MOSFET ishlamay qolishi uchun etarli darajada himoya qiladi. MOSFETni tanlayotganda, drenajdan manbaga, ya'ni maksimal VDSga chidash mumkin bo'lgan maksimal kuchlanishni aniqlash kerak. MOSFETning maksimal kuchlanishi harorat o'zgarishiga bardosh bera olishini bilish muhimdir. Dizaynerlar barcha ish harorati oralig'ida kuchlanish o'zgarishlarini sinab ko'rishlari kerak. Nominal kuchlanish kontaktlarning zanglashiga olib kelmasligini ta'minlash uchun ushbu o'zgarishlar oralig'ini qoplash uchun etarli chegaraga ega bo'lishi kerak. Dizayn muhandislari e'tiborga olishlari kerak bo'lgan boshqa xavfsizlik omillari orasida motorlar yoki transformatorlar kabi elektronikani almashtirish natijasida yuzaga keladigan kuchlanish o'tish davri kiradi. Nominal kuchlanish turli xil ilovalar uchun farq qiladi; odatda, portativ qurilmalar uchun 20V, FPGA quvvat manbalari uchun 20-30V va 85-220VAC ilovalari uchun 450-600V.
2-qadam: Nominal oqimni aniqlang
Ikkinchi qadam - MOSFETning joriy reytingini tanlash. O'chirish konfiguratsiyasiga qarab, bu nominal oqim yuk har qanday sharoitda bardosh bera oladigan maksimal oqim bo'lishi kerak. Voltaj holatiga o'xshab, dizayner tanlangan MOSFETning ushbu oqim darajasiga bardosh berishiga ishonch hosil qilishi kerak, hatto tizim oqim ko'tarilsa ham. Ko'rib chiqilgan ikkita joriy shart - doimiy rejim va impulsning keskin ko'tarilishi. Uzluksiz o'tkazuvchanlik rejimida MOSFET barqaror holatda bo'lib, u erda oqim doimiy ravishda qurilma orqali oqadi. Pulsning keskin ko'tarilishi qurilma orqali oqib o'tadigan katta kuchlanishni (yoki keskin oqimni) anglatadi. Ushbu sharoitlarda maksimal oqim aniqlangandan so'ng, bu maksimal oqimga bardosh bera oladigan qurilmani tanlash kifoya. Nominal oqimni tanlagandan so'ng, o'tkazuvchanlik yo'qotilishi ham hisoblanishi kerak. Haqiqiy holatlarda MOSFET ideal qurilma emas, chunki o'tkazuvchanlik jarayonida elektr energiyasi yo'qoladi, bu o'tkazuvchanlikni yo'qotish deb ataladi. MOSFET "yoqilgan" holatda o'zgarmaydigan rezistor kabi ishlaydi, bu qurilmaning RDS (ON) tomonidan belgilanadi va harorat bilan sezilarli darajada o'zgaradi. Qurilmaning quvvat yo'qotilishini Iload2×RDS(ON) orqali hisoblash mumkin. Qarshilik harorat bilan o'zgarganligi sababli, quvvat yo'qotilishi ham mutanosib ravishda o'zgaradi. MOSFETga qo'llaniladigan VGS kuchlanishi qanchalik baland bo'lsa, RDS (ON) shunchalik kichik bo'ladi; aksincha, RDS (ON) qanchalik yuqori bo'ladi. Tizim dizayneri uchun bu erda tizim kuchlanishiga qarab o'zaro kelishuvlar keladi. Portativ dizaynlar uchun pastroq kuchlanishlardan foydalanish osonroq (va keng tarqalgan), sanoat namunalari uchun esa yuqori kuchlanishlardan foydalanish mumkin. RDS(ON) qarshiligi oqim bilan bir oz ko'tarilishini unutmang. RDS(ON) rezistorining turli elektr parametrlaridagi o'zgarishlarni ishlab chiqaruvchi tomonidan taqdim etilgan texnik ma'lumotlar varag'ida topish mumkin. Texnologiya qurilma xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi, chunki ba'zi texnologiyalar maksimal VDSni oshirganda RDS(ON) ni oshiradi. Bunday texnologiya uchun, agar siz VDS va RDS(ON) ni kamaytirmoqchi bo'lsangiz, chip hajmini oshirishingiz kerak, shu bilan mos keladigan paket hajmini va tegishli ishlab chiqish xarajatlarini oshirishingiz kerak. Sanoatda chip hajmining o'sishini nazorat qilishga urinayotgan bir nechta texnologiyalar mavjud bo'lib, ulardan eng muhimi kanal va zaryad balanslash texnologiyalari. Xandaq texnologiyasida RDS (ON) qarshiligini kamaytirish uchun gofret ichiga chuqur xandaq o'rnatilgan bo'lib, odatda past kuchlanish uchun ajratilgan. Maksimal VDS ning RDS (ON) ga ta'sirini kamaytirish uchun, ishlab chiqish jarayonida epitaksial o'sish ustuni / qirqish ustuni jarayoni ishlatilgan. Masalan, Fairchild Semiconductor kompaniyasi RDS(ON) ni kamaytirish uchun qo'shimcha ishlab chiqarish bosqichlarini qo'shadigan SuperFET deb nomlangan texnologiyani ishlab chiqdi. RDS(ON) ga bu e'tibor juda muhim, chunki standart MOSFETning uzilish kuchlanishi ortishi bilan RDS(ON) eksponent ravishda oshadi va qolip hajmining oshishiga olib keladi. SuperFET jarayoni RDS(ON) va gofret o'lchami o'rtasidagi eksponensial munosabatni chiziqli munosabatlarga o'zgartiradi. Shunday qilib, SuperFET qurilmalari hatto 600V gacha bo'lgan buzilish kuchlanishlarida ham kichik o'lchamdagi ideal past RDS(ON) ga erisha oladi. Natijada gofret hajmini 35% gacha kamaytirish mumkin. Yakuniy foydalanuvchilar uchun bu paket hajmining sezilarli darajada qisqarishini anglatadi.
Uchinchi qadam: Issiqlik talablarini aniqlang
MOSFETni tanlashning keyingi bosqichi tizimning termal talablarini hisoblashdir. Dizaynerlar ikki xil stsenariyni, eng yomon stsenariyni va haqiqiy stsenariyni ko'rib chiqishlari kerak. Hisoblashning eng yomon natijasini qo'llash tavsiya etiladi, chunki bu natija kattaroq xavfsizlik chegarasini ta'minlaydi va tizim ishlamay qolmasligini ta'minlaydi. MOSFET ma'lumotlar varag'ida e'tibor berish kerak bo'lgan ba'zi o'lchov ma'lumotlari ham mavjud; qadoqlangan qurilmaning yarimo'tkazgichli birikmasi va atrof-muhit o'rtasidagi issiqlik qarshiligi va maksimal ulanish harorati kabi. Qurilmaning ulanish harorati maksimal atrof-muhit harorati va issiqlik qarshiligi va quvvat sarfi mahsulotiga tengdir (birlashma harorati = maksimal atrof-muhit harorati + [issiqlik qarshiligi × quvvat sarfi]). Ushbu tenglamaga ko'ra, tizimning maksimal quvvat sarfini hal qilish mumkin, bu ta'rif bo'yicha I2 × RDS (ON) ga teng. Dizayner qurilmadan o'tadigan maksimal oqimni aniqlaganligi sababli, RDS (ON) turli haroratlarda hisoblanishi mumkin. Shunisi e'tiborga loyiqki, oddiy termal modellar bilan ishlashda dizaynerlar yarimo'tkazgichli birikma / qurilma korpusi va korpus / muhitning issiqlik quvvatini ham hisobga olishlari kerak; bu bosilgan elektron plata va paketning darhol qizib ketmasligini talab qiladi. Ko'chkining buzilishi yarimo'tkazgichli qurilmadagi teskari kuchlanish maksimal qiymatdan oshib ketishi va qurilmadagi oqimni oshirish uchun kuchli elektr maydonini hosil qilishini anglatadi. Ushbu oqim quvvatni yo'qotadi, qurilma haroratini oshiradi va ehtimol qurilmaga zarar etkazishi mumkin. Yarimo'tkazgich kompaniyalari qurilmalarda ko'chki sinovini o'tkazadi, ularning ko'chki kuchlanishini hisoblab chiqadi yoki qurilmaning mustahkamligini tekshiradi. Nominal ko'chki kuchlanishini hisoblashning ikkita usuli mavjud; biri statistik usul, ikkinchisi esa termal hisoblash. Issiqlik hisobi keng qo'llaniladi, chunki u ko'proq amaliydir. Ko'pgina kompaniyalar o'zlarining qurilmalarini sinovdan o'tkazish tafsilotlarini taqdim etdilar. Masalan, Fairchild Semiconductor "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - Fairchild veb-saytidan yuklab olish mumkin) taqdim etadi. Hisoblashdan tashqari, texnologiya ham ko'chki effektiga katta ta'sir ko'rsatadi. Misol uchun, qolip hajmining oshishi ko'chkiga chidamliligini oshiradi va natijada qurilma mustahkamligini oshiradi. Yakuniy foydalanuvchilar uchun bu tizimda kattaroq paketlardan foydalanishni anglatadi.
4-qadam: Kalitning ishlashini aniqlang
MOSFET-ni tanlashning yakuniy bosqichi MOSFET-ning kommutatsiya samaradorligini aniqlashdir. Kommutatsiya ishlashiga ta'sir qiluvchi ko'plab parametrlar mavjud, ammo eng muhimi eshik / drenaj, eshik / manba va drenaj / manba sig'imi. Ushbu kondansatkichlar qurilmada kommutatsiya yo'qotishlarini keltirib chiqaradi, chunki ular har safar almashtirilganda zaryadlanadi. Shuning uchun MOSFET ning o'tish tezligi kamayadi va qurilmaning samaradorligi ham kamayadi. Kommutatsiya paytida qurilmadagi umumiy yo'qotishlarni hisoblash uchun dizayner yoqish paytida yo'qotishlarni (Eon) va o'chirish vaqtidagi yo'qotishlarni (Eoff) hisoblashi kerak. MOSFET kalitining umumiy quvvatini quyidagi tenglama bilan ifodalash mumkin: Psw=(Eon+Eoff)× almashtirish chastotasi. Darvoza zaryadi (Qgd) kommutatsiya ishlashiga eng katta ta'sir ko'rsatadi. Kommutatsiya samaradorligining ahamiyatidan kelib chiqib, ushbu kommutatsiya muammosini hal qilish uchun doimiy ravishda yangi texnologiyalar ishlab chiqilmoqda. Chip hajmini oshirish eshik zaryadini oshiradi; bu qurilma hajmini oshiradi. Kommutatsiya yo'qotishlarini kamaytirish uchun eshik zaryadini kamaytirishga qaratilgan kanalning qalin pastki oksidlanishi kabi yangi texnologiyalar paydo bo'ldi. Masalan, SuperFET yangi texnologiyasi o'tkazuvchanlik yo'qotishlarini minimallashtirishi va RDS (ON) va eshik zaryadini (Qg) kamaytirish orqali kommutatsiya ish faoliyatini yaxshilashi mumkin. Shu tarzda, MOSFETlar kommutatsiya paytida yuqori tezlikdagi kuchlanish o'tish davri (dv / dt) va oqim o'tish davri (di / dt) bilan bardosh bera oladi va hatto yuqori kommutatsiya chastotalarida ishonchli ishlaydi.
Yuborilgan vaqt: 2023-yil 23-oktabr
