打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
选型笔记之晶体管

目录

一、Mos管选型

1.选型参数

2.确定N沟道还是P沟道

3.确定电压

4.确定电流

5.确定热要求

6.确定开关性能

7.封装因素考量

 二、三极管选型

三、可控硅选型


一、Mos管选型

1.选型参数

V(BR)DSS:漏源破坏电压

特定的温度和栅源短接情况下,流过漏极电流达到一个特定值时的漏源电压。这种情况下的漏源电压为雪崩击穿电压。超过此值,管子面临损坏。 

VGS(th),VGS(off):阈值电压

VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流,或关断MOSFET时电流消失时的电压,测试的条件(漏极电流,漏源电压,结温)也是有规格的。正常情况下,所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此,VGS(th)的变化范围是规定好的。VGS(th)是负温度系数,当温度上升时,MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。

RDS(on):导通电阻

RDS(on)是指在特定的漏电流(通常为ID电流的一半)、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻,此时管子已经是导通的。

IDSS:零栅压漏极电流

IDSS是指在当栅源电压为零时,在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。既然泄漏电流随着温度的增加而增大,IDSS在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之间的电压计算,通常这部分功耗可以忽略不计。

IGSS : 栅源漏电流

IGSS是指在特定的栅源电压情况下流过栅极的漏电流。

Ciss:输入电容

将漏源短接,用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成,或者Ciss = Cgs +Cgd。当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启,放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动电路和Ciss对器件的开启和关断延时有着直接的影响。

Coss:输出电容

将栅源短接,用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。Coss是由漏源电容Cds和栅漏电容Cgd并联而成,或者Coss = Cds +Cgd对于软开关的应用,Coss非常重要,因为它可能引起电路的谐振。

Crss:反向传输电容

在源极接地的情况下,测得的漏极和栅极之间的电容为反向传输电容。反向传输电容等同于栅漏电容。Cres =Cgd,反向传输电容也常叫做米勒电容,对于开关的上升和下降时间来说是其中一个重要的参数,他还影响这关断延时时间。电容随着漏源电压的增加而减小,尤其是输出电容和反向传输电容。

td(off):关断延时时间

关断延时时间是从当栅源电压下降到90%栅驱动电压时到漏电流降至规定电流的90%时所经历的时间。这显示电流传输到负载之前所经历的延迟。

tr:上升时间

上升时间是漏极电流从10%上升到90%所经历的时间。

tf:下降时间

下降时间是漏极电流从90%下降到10%所经历的时间。

2.确定N沟道还是P沟道

在典型的功率应用中,当一个MOS管接地,而负载连接到干线电压上时,该MOS管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用N沟道MOS管,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。

 当MOS管连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOS管,这也是出于对电压驱动的考虑。

3.确定电压

额定电压越大,器件的成本就越高。

额定电压应当大于干线电压或总线电压,一般会留出1.2~1.5倍的电压余量,这样才能提供足够的保护,使MOS管不会失效。

就选择MOS管而言,必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压,即最大VDS。由于MOS管所能承受的最大电压会随温度变化而变化,设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围,确保电路不会失效。

此外,设计工程师还需要考虑其他安全因素:如由开关电子设备(常见有电机或变压器)诱发的电压瞬变。另外,不同应用的额定电压也有所不同;通常便携式设备选用20V的MOS管,FPGA电源为20~30V的MOS管,85~220V AC应用时MOS管VDS为450~600V。

4.确定电流

需根据电路结构来决定,MOS管的额定电流应是负载在所有情况下都能够承受的最大电流;与电压的情况相似,MOS管的额定电流必须能满足系统产生尖峰电流时的需求。

电流的确定需从两个方面着手:连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下,MOS管处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。

选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOS管并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,也就是导通损耗。MOS管在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的导通电阻RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。

器件的功率损耗PTRON=Iload2×RDS(ON)计算(Iload:最大直流输出电流),由于导通电阻会随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。

对系统设计人员来说,这就需要折中权衡。对便携式设计来说,采用较低的电压即可(较为普遍);而对于工业设计来说,可采用较高的电压。需要注意的是,RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。

5.确定热要求

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积,即结温=最大环境温度+(热阻×功率耗散)。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散=I2×RDS(ON)

由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

雪崩击穿(指半导体器件上的反向电压超过最大值,并形成强电场使器件内电流增加)形成的电流将耗散功率,使器件温度升高,而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试,计算其雪崩电压,或对器件的稳健性进行测试。

计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法,另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。除计算外,技术对雪崩效应也有很大影响。例如,晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力,最终提高器件的稳健性。对最终用户而言,这意味着要在系统中采用更大的封装件。

6.确定开关性能

影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。因为在每次开关时都要对这些电容充电,会在器件中产生开关损耗;MOS管的开关速度也因此被降低,器件效率随之下降;其中,栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。

为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff),进而推导出MOS管开关总功率:Psw=(Eon+Eoff)×开关频率

增强型NMOS管构成的开关电路标题

7.封装因素考量

基本原则就是在保证功率MOS管的温升和系统效率的前提下,选取参数和封装更通用的功率MOS管。

常见的MOS管封装有:

①插入式封装:TO-3P、TO-247、TO-220、TO-220F、TO-251、TO-92;

②表面贴装式:TO-263、TO-252、SOP-8、SOT-23、DFN5*6、DFN3*3;

TO-3P/247:是中高压、大电流MOS管常用的封装形式,产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点,适于中压大电流(电流10A以上、耐压值在100V以下)在120A以上、耐压值200V以上的场所中使用。

TO-220/220F:这两种封装样式的MOS管外观差不多,可以互换使用,不过TO-220背部有散热片,其散热效果比TO-220F要好些,价格相对也要贵些。这两个封装产品适于中压大电流120A以下、高压大电流20A以下的场合应用。

TO-251:该封装产品主要是为了降低成本和缩小产品体积,主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中。

TO-92:该封装只有低压MOS管(电流10A以下、耐压值60V以下)和高压1N60/65在采用,主要是为了降低成本。

TO-263:是TO-220的一个变种,主要是为了提高生产效率和散热而设计,支持极高的电流和电压,在150A以下、30V以上的中压大电流MOS管中较为多见。

TO-252:是目前主流封装之一,适用于高压在7N以下、中压在70A以下环境中。

SOP-8:该封装同样是为降低成本而设计,一般在50A以下的中压、60V左右的低压MOS管中较为多见。

SOT-23:适于几A电流、60V及以下电压环境中采用,其又分有大体积和小体积两种,主要区别在于电流值不同。

 二、三极管选型

 1.三极管分为NPN和PNP型两种,材料有锗材料和硅材料。它们之间最大的差异就是起始电压不一样。锗管PN结的导通电压为0.2V左右,而硅管PN结的导通电压为0.6~0.7V。

负载一端接地:可以使用npn

负载一端接电源:可以使用pnp

负载既不接地也不接电源:可以使npn+pnp

如果输入一个高电平,而输出需要一个低电平时,首选择npn。

如果输入一个低电平,而输出需要一个高电平时,首选择npn。

如果输入一个高电平,而输出需要一个高电平时,首选择pnp。

如果输入一个低电平,而输出需要一个低电平时,首选择pnp。 

2.主要参数

IC:集电极最大允许电流。三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时,它的电流放大系数β将下降。为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM时不至于损坏三极管,但会使β值减小,影响电路的工作性能。

VCEO:三极管基极开路时,集电极-发射极反向击穿电压。如果在使用中加在集电极与发射极之间的电压超过这个数值时,将可能使三极管产生很大的集电极电流,这种现象叫击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。

Pc:集电极最大允许耗散功率。三极管在工作时,集电极电流在集电结上会产生热量而使三极管发热。若耗散功率过大,三极管将烧坏。在使用中如果三极管在大于PCM下长时间工作,将会损坏三极管。需要注意的是大功率三极管给出的最大允许耗散功率都是在加有一定规格散热器情况下的参数。使用中一定要注意这一点。

fT:特征频率。随着工作频率的升高,三极管的放大能力将会下降,对应于β=1时的频率fT叫作三极管的特征频率。

三、可控硅选型

1.根据电路选择单向可控硅还是双向可控硅。

2.参数

反向断态重复峰值电压(VRRM):晶闸管反向阻断时允许重复加在晶闸管上最大瞬时值反向电压,包括所有的重复瞬态电压。反向断态重复峰值电压为反向不重复峰值电压(VRSM)的90%

正向断态重复峰值电压(VDRM):晶闸管正向阻断时允许重复加在晶闸管上最大瞬时正向电压。正向断态重复峰值电压为正向断态不重复峰值电压(VDSM)的90%

反向重复峰值电流(IRRM):在门极断路时,晶闸管加上反向重复峰值电压时的峰值漏电流

断态重复峰值电流(IDRM):在门极断路时,晶闸管加上断态重复峰值电压时的峰值漏电流

门极触发电流(IGT):使晶闸管由断态转入通态所必需的最小门极电流

门极触发电压(VGT):产生门极触发电流所必须的最小门极电压

通态均方根电流(IT(RMS)):通态电流在一个周期内的均方根值

通态平均电流(IT(AV)):通态电流在一个周期内的平均值

浪涌电流(ITSM):在额定结温下,在工频正弦波半周期间元件所能承受的最大过载电流

通态电流临界上升率(di/dt):在规定结温下,晶闸管用门极开通时所能承受而不导致损坏的通态电流的最大通态电流上升率

断态电压临界上升率(dv/dt):在额定结温和门极断路时,使元件从断态转入通态的最低电压上升率

峰值通态电压(VTM):晶闸管通以π倍或规定倍数额定通态平均电流值时的瞬态峰值电压

维持电流(IH):在室温及门极断路时,晶闸管被触发导通后,从较大的通态电流下降到维持通态所必需的最小通态电流

擎住电流(IL):晶闸管从断态转换到通态瞬间移除触发信号后,要保持元件维持通态所需要的最小电流。同一个晶闸管,通常擎住电流IL约为维持电流IH的2~4倍。

额定结温(Tj):元件在正常工作条件下所允许的最高PN结温度。

I2t值:浪涌电流的平方在其持续时间内的积分值。

门极平均值耗散功率(PG(AV)):在规定条件下,门极正向所允许的最大平均功率。

3.选择可控硅选择绝缘还是非绝缘的

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
技术参数详解,MOS管知识最全收录!
MOS管知识详解(二)
大功率直流电机驱动电路的设计与实现
华中科技大学:什么是IGBT?
晶体三极管、场效应管和可控硅这三个元件是否它们的控制极供电形式都一样?
MOS管和三极管的区别
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服