Công tắc phía cao P-Channel MOSFET

Tôi đang cố gắng giảm công suất tiêu tán của công tắc phía cao P-Channel MOSFET. Vì vậy, câu hỏi của tôi là:

• Có cách nào để sửa đổi mạch này để MOSFET kênh P sẽ luôn luôn "bật hoàn toàn" (chế độ triode / ohmic) cho dù tải là gì?

Chỉnh sửa 1 : Hãy bỏ qua cơ chế bật / tắt. Câu hỏi vẫn giống nhau: làm thế nào tôi có thể giữ V (sd) nhỏ nhất có thể (chế độ P-MOSFET hoàn toàn trên chế độ / ohmic), không phụ thuộc vào tải để mức tiêu hao năng lượng của MOSFET là tối thiểu.

Chỉnh sửa 2: Tín hiệu chuyển đổi là tín hiệu DC. Về cơ bản, mạch thay thế một nút chuyển đổi.

Chỉnh sửa 3: Điện áp chuyển 30V, dòng tối đa chuyển đổi 5A.

Biết điện áp được chuyển đổi và dòng tối đa sẽ cải thiện đáng kể chất lượng câu trả lời có sẵn.

Các MOSFET dưới đây đưa ra các ví dụ về các thiết bị sẽ đáp ứng nhu cầu của bạn ở điện áp thấp (giả sử 10-20V) ở các dòng điện cao hơn so với bạn sẽ chuyển đổi trong hầu hết các trường hợp.

Mạch cơ bản không cần phải sửa đổi - sử dụng nó như với FET phù hợp - như dưới đây.

Ở trạng thái ổn định trên chế độ, "vấn đề" dễ dàng được giải quyết.

• Một MOSFET đã cho sẽ có một điện trở được xác định rõ ở điện áp ổ đĩa cổng nhất định. Điện trở này sẽ thay đổi theo nhiệt độ, nhưng thường là dưới 2: 1.

• Đối với một MOSFET nhất định, bạn thường có thể giảm điện trở bằng cách tăng điện áp ổ đĩa cổng, lên đến mức tối đa được phép cho MOSFET.

• Đối với một dòng điện tải và điện áp ổ đĩa nhất định, bạn có thể chọn MOSFET có điện trở trạng thái thấp nhất mà bạn có thể mua được.

• Bạn có thể nhận được MOSFET với Rdson trong phạm vi 5 đến 50 milliohm với dòng điện lên đến 10A với chi phí hợp lý. Bạn có thể nhận được tương tự lên đến 50A với chi phí ngày càng tăng.

Ví dụ:

Trong trường hợp không có thông tin tốt, tôi sẽ đưa ra một số giả định. Đây có thể được cải thiện bằng cách cung cấp dữ liệu thực tế.

Giả sử 12V được chuyển đổi ở 10A. Công suất = V x I = 120 Watts.
Với độ nóng của Rdson là 50 milliohms, công suất tiêu tán trong MOSFET sẽ là I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Watts = 5/120 hoặc khoảng 4% công suất tải.
Bạn sẽ cần một tản nhiệt trên hầu hết các gói.
Ở mức 5 milliohms, độ phân tán nóng của Rdson sẽ là 0,5 Watts. và 0,4% công suất tải.
Một TO220 trong không khí tĩnh sẽ xử lý OK.
Một DPak / TO252 SMD với đồng PCB tối thiểu sẽ xử lý được điều đó.

Như một ví dụ về MOS MOS SMD sẽ hoạt động tốt.
Trường hợp tốt nhất 2,6 milliohms Rdson. Nói khoảng 5 milliohms trong thực tế. Đánh giá 30V, 60A. $ 1 về khối lượng. Có lẽ là một vài đô la trong 1 giây. Bạn sẽ không bao giờ sử dụng 60A - đó là giới hạn gói.
Ở 10A đó là tiêu tan 500 mW, như trên.
Dữ liệu nhiệt có chút không chắc chắn nhưng có vẻ như đường giao nhau 54 C / watt xung quanh ở trạng thái ổn định PCB 1 "x 1" FR4.
Vậy khoảng 0,5W x 54 C / W = 27C tăng. Nói 30C. Trong một bao vây, bạn sẽ nhận được nhiệt độ đường giao nhau có thể là 70-80 độ. Ngay cả ở Thung lũng chết vào giữa mùa hè cũng không sao. [Cảnh báo: KHÔNG đóng cửa nhà vệ sinh tại Zabriski Point vào giữa mùa hè !!!!] [Ngay cả khi bạn là phụ nữ và Địa ngục '

Datasheet AN821 nối vào bảng dữ liệu - giấy xuất sắc trên SO8 hệ thống tản nhiệt

Với $ 1,77 / 1, bạn có được một thiết bị TO263 / DPak khá đẹp.
Bảng dữ liệu thông qua đây bao gồm một NDA nhỏ! Giới hạn bởi NDA - tự đọc nó.
30v, 90A, 62 K / W với đồng tối thiểu và 40 k / W với tiếng thì thầm. Đây là một MOSFET tuyệt vời trong loại ứng dụng này.
Dưới 5 milliohms có thể đạt được ở nhiều 10 ampe. Nếu bạn có thể truy cập vào khuôn thực tế, bạn có thể khởi động một chiếc ô tô nhỏ với công tắc khởi động động cơ (cụ thể là 360A trên biểu đồ) NHƯNG các liên kết được đánh giá ở mức 90A. tức là MOSFET bên trong vượt quá khả năng gói.
Khi nói công suất 30A = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0,003 = 2,7W.
0,003 ohms có vẻ công bằng sau khi nhìn vào bảng dữ liệu.

Tải không phải là vấn đề chính để giữ cho các Rd càng thấp càng tốt, đó là VSS bạn cần tập trung vào.
Đối với một PMOS, điện áp cổng càng thấp, các Rds càng thấp (như Russell chỉ ra, VSS tuyệt đối cao hơn ). Điều này có nghĩa là trong trường hợp này, điểm thấp nhất của tín hiệu đầu vào sẽ gây ra các Rd cao nhất (nếu đó là tín hiệu AC)

Vì vậy, có 4 lựa chọn mà bạn nghĩ đến:

1. Hạ điện áp cổng (tăng VSS tuyệt đối) càng nhiều càng tốt (trong khi vẫn ở trong thông số kỹ thuật)

2. Tăng mức DC của tín hiệu (hoặc giảm độ xoay pk-pk)

3. Sử dụng MOSFET 4 đạo trình (để bạn có thể phân biệt chất nền tách biệt với nguồn) để điện áp tín hiệu không ảnh hưởng đến các Rds.

4. Một điều hiển nhiên phù hợp với tất cả những điều trên - sử dụng MOSFET có Vth / Rds rất thấp

5. Nếu đó là một tùy chọn, sử dụng song song một MOSFET thứ hai sẽ giảm một nửa tổng trở, do đó công suất tiêu hao giảm một nửa. Điều này có nghĩa là mức tiêu thụ năng lượng của mỗi MOSFET riêng lẻ là 0,25 của một phiên bản MOSFET. Điều này giả định kết hợp các đường nối lý tưởng (MOSFE có tempco dương và các thành phần từ cùng một đợt sẽ khá gần nên sẽ đóng) Điều này sẽ tạo ra sự khác biệt lớn, do đó có thể đáng giá thêm không gian / chi phí.

Để hiển thị cách các Rd khác nhau với tín hiệu đầu vào, hãy xem mạch này:

Mô phỏng:

Dấu vết màu xanh lá cây là tín hiệu đầu vào và dấu vết màu xanh là MOSFE Rds. Chúng ta có thể thấy khi điện áp tín hiệu đầu vào giảm, các đường tăng tăng - rất mạnh dưới mức VSS ~ 1V (điện áp ngưỡng cho MOSFET này có thể ở quanh mức này)
Lưu ý rằng điện áp chỉ giảm một bước rất nhỏ vào đầu của MOSFET- tắt; điều này xảy ra rất nhanh, thậm chí một vài millivolts sẽ tạo ra các đường cao hơn đáng kể.

Mô phỏng này cho thấy rằng khi MOSFET được bật hoàn toàn, tải sẽ có rất ít tác dụng:

Trục X là điện trở tải (R_load) và dấu vết màu xanh là các MOSFET Rd trong phạm vi từ 1Ω đến 10kΩ. Chúng ta có thể thấy các Rd thay đổi dưới 1m (Tôi nghi ngờ các chuyển đổi sắc nét chỉ là SPICE, nhưng giá trị trung bình phải đáng tin cậy một cách hợp lý) Điện áp cổng là 0V và điện áp đầu vào là 3VDC.