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什么是場效應晶體管?選擇場效應晶體管的幾點技巧
日期:2022-04-22 10:18:55作者:百檢 人氣:0

場效應晶體管(FET)是一種類型的晶體管,使用一個電場來控制的流動電流在半導體。場效應晶體管是具有三個端子的器件:源*、柵*和漏*。FET通過向柵*施加電壓來控制電流的流動,從而改變漏*和源*之間的電導率。場效應晶體管也稱為單*晶體管,因為它們涉及單載流子類型的操作。也就是說,場效應晶體管在其操作中使用電子或空穴作為電荷載流子,但不能同時使用兩者存在許多不同類型的場效應晶體管。場效應晶體管通常在低頻時顯示出非常高的輸入阻抗。使用*廣泛的場效應晶體管是MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)。場效應晶體管的選擇,有可能直接影響到整個電路的效率和成本,下面為電子工程師快速準確的選擇場效應晶體管,分享以下6個選型技巧。


什么是場效應晶體管?場效應晶體管的幾點選擇技巧


場效應晶體管選型技巧:


1、溝道類型


選擇好場效應晶體管器件的*步是決定采用N溝道還是P溝道場效應晶體管。在典型的功率應用中,當一個場效應晶體管接地,而負載連接到干線電壓上時,該場效應晶體管就構成了低壓側開關。在低壓側開關中,應采用N溝道場效應晶體管,這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當場效應晶體管連接到總線及負載接地時,就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道場效應晶體管,這也是出于對電壓驅動的考慮。


2、額定電壓


確定所需的額定電壓,或者器件所能承受的*大電壓。額定電壓越大,器件的成本就越高。根據(jù)實踐經驗,額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護,使場效應晶體管不會失效。


就選擇場效應晶體管而言,必須確定漏*至源*間可能承受的*大電壓,即*大VDS。知道場效應晶體管能承受的*大電壓會隨溫度而變化這點十分重要。我們須在整個工作溫度范圍內測試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個變化范圍,確保電路不會失效。需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備(如電機或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同;通常,便攜式設備為20V、FPGA電源為20~30V、85~220VAC應用為450~600V。


3、額定電流


該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的*大電流。與電壓的情況相似,確保所選的場效應晶體管能承受這個額定電流,即使在系統(tǒng)產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導通模式下,場效應晶體管處于穩(wěn)態(tài),此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的*大電流,只需直接選擇能承受這個*大電流的器件便可。


4、導通損耗


在實際情況下,場效應晶體管并不是理想的器件,因為在導電過程中會有電能損耗,這稱之為導通損耗。場效應晶體管在“導通”時就像一個可變電阻,由器件的RDS(ON)所確定,并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算,由于導通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會隨之按比例變化。對場效應晶體管施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會越小;反之RDS(ON)就會越高。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。關于RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術資料表中查到。


5、系統(tǒng)散熱


須考慮兩種不同的情況,即*壞情況和真實情況。建議采用針對*壞情況的計算結果,因為這個結果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會失效。在場效應晶體管的資料表上還有一些需要注意的測量數(shù)據(jù);器件的結溫等于*大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=*大環(huán)境溫度+[熱阻×功率耗散])。根據(jù)這個式子可解出系統(tǒng)的*大功率耗散,即按定義相等于I2×RDS(ON)。我們已將要通過器件的*大電流,可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。另外,還要做好電路板及其場效應晶體管的散熱。


雪崩擊穿是指半導體器件上的反向電壓超過*大值,并形成強電場使器件內電流增加。晶片尺寸的增加會提高抗雪崩能力,*終提高器件的穩(wěn)健性。因此選擇更大的封裝件可以有效防止雪崩。


6、開關性能


影響開關性能的參數(shù)有很多,但*重要的是柵*/漏*、柵*/源*及漏*/源*電容。這些電容會在器件中產生開關損耗,因為在每次開關時都要對它們充電。場效應晶體管的開關速度因此被降低,器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗,要計算開通過程中的損耗(Eon)和關閉過程中的損耗(Eoff)。場效應晶體管開關的總功率可用如下方程表達:Psw=(Eon+Eoff)×開關頻率。而柵*電荷(Qgd)對開關性能的影響*大。


本文只能帶領大家對場效應晶體管的選擇有了初步的了解,希望對大家會有一定的幫助,同時需要不斷總結,這樣才能提高專業(yè)技能,也歡迎大家來討論文章的一些知識點。


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