MOS管是電子制造的基本元件,但面對(duì)不同封裝、不同特性、不同品牌的MOS管時(shí),該如何抉擇?有沒有省心、省力的篩選方法?
選擇一款正確的MOS管,可以很好地控制生產(chǎn)制造成本,最為重要的是為產(chǎn)品匹配了一款最恰當(dāng)?shù)脑骷@在產(chǎn)品未來的使用過程中,將會(huì)充分發(fā)揮其“螺絲釘”的作用,確保設(shè)備得到最高效、最穩(wěn)定、最持久的應(yīng)用效果。
那么面對(duì)市面上琳瑯滿目的MOS管,該如何選擇呢?下面我們就分7個(gè)步驟來闡述MOS管的選型要求。
首先是確定N、P溝道的選擇
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(huì)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。
在典型的功率應(yīng)用中,當(dāng)一個(gè)MOS管接地,而負(fù)載連接到干線電壓上時(shí),該MOS管就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中,應(yīng)采用N溝道MOS管,這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。
當(dāng)MOS管連接到總線及負(fù)載接地時(shí),就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道MOS管,這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。
第二步是確定電壓
額定電壓越大,器件的成本就越高。從成本角度考慮,還需要確定所需的額定電壓,即器件所能承受的最大電壓。根據(jù)實(shí)踐,一般要留出足夠的電壓余量,這樣才能提供足夠的保護(hù),使MOS管不會(huì)失效。
就選擇MOS管而言,必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓。由于MOS管所能承受的最大電壓會(huì)隨溫度變化而變化,設(shè)計(jì)人員必須在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)測(cè)試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個(gè)變化范圍,確保電路不會(huì)失效。
此外,還需要考慮其他安全因素:如由開關(guān)電子設(shè)備誘發(fā)的電壓瞬變。
第三步為確定電流
電流的確定需根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來決定,MOS管的額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下都能夠承受的最大電流;與電壓的情況相似,MOS管的額定電流必須能滿足系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流時(shí)的需求。
電流的確定需從兩個(gè)方面著手:連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOS管處于穩(wěn)態(tài),此時(shí)電流連續(xù)通過器件;脈沖尖峰是指有大量尖峰電流流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,只需直接選擇能承受這個(gè)最大電流的器件便可。
選好額定電流后,還必須計(jì)算導(dǎo)通損耗。在實(shí)際情況下,MOS管并不是理想的器件,因?yàn)樵趯?dǎo)電過程中會(huì)有電能損耗。MOS管在導(dǎo)通時(shí)就像一個(gè)可變電阻,由器件的導(dǎo)通電阻所確定,并隨溫度而顯著變化。
第四步是確定熱要求
在確定電流之后,就要計(jì)算系統(tǒng)的散熱要求。設(shè)計(jì)人員必須考慮針對(duì)最差散熱情況下的結(jié)果,因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果可以提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOS管的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù),比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與環(huán)境之間的熱阻標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式實(shí)例,以及最大的結(jié)溫。
值得注意的是,在處理簡(jiǎn)單熱模型時(shí),設(shè)計(jì)人員還必須考慮金屬-半導(dǎo)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(huì)立即升溫。
第五步是確定開關(guān)性能
選擇MOS管最重要的一步就是確定其開關(guān)性能。影響開關(guān)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?yàn)樵诿看伍_關(guān)時(shí)都要對(duì)這些電容充電,會(huì)在器件中產(chǎn)生開關(guān)損耗;MOS管的開關(guān)速度也因此被降低,器件效率隨之下降;其中,柵極電荷對(duì)開關(guān)性能的影響最大。
為計(jì)算開關(guān)過程中器件的總損耗,設(shè)計(jì)人員必須計(jì)算開通過程中的損耗和關(guān)閉過程中的損耗,進(jìn)而推導(dǎo)出MOS管開關(guān)總功率。
第六步為封裝因素考量
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,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。
第七步要選擇好品牌
MOS管的生產(chǎn)企業(yè)很多,大致說來,主要有歐美系、日系、韓系、臺(tái)系、國產(chǎn)幾大系列。
歐美系代表企業(yè):意法、安森美、TI、PI、英飛凌等;
日系代表企業(yè):東芝、瑞薩等;
韓系代表企業(yè):KEC、AUK、信安等;
臺(tái)系代表企業(yè):VBsemi、APEC富鼎、CET華瑞;
國產(chǎn)代表企業(yè):音特電子、士蘭微、華潤華晶、東光微等。
在這些品牌中,歐美及日系企業(yè)借助品牌價(jià)值、技術(shù)優(yōu)勢(shì)等原因長期以來占據(jù)著高端市場(chǎng),但其產(chǎn)品價(jià)格也往往較高。
韓國的MOS管企業(yè)也是行業(yè)的重要產(chǎn)品供應(yīng)商,不過在技術(shù)上,要稍弱于歐美及日系企業(yè),但在價(jià)格方面,較歐美及日系企業(yè)更具優(yōu)勢(shì)。
而在中國大陸,同樣活躍著一批本土企業(yè),他們借助本土優(yōu)勢(shì)和更快的客戶服務(wù)響應(yīng)速度,在中低端及細(xì)分領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)另一批借助多年積累的優(yōu)勢(shì)打造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè),也在不斷沖擊高端市場(chǎng),以滿足本土客戶的需求。