Jaudas pusvadītāju ierīces tiek plaši izmantotas rūpniecībā, patēriņā, militārajā un citās jomās, un tām ir augsta stratēģiskā pozīcija. Apskatīsim kopējo barošanas ierīču attēlu no attēla:
Jaudas pusvadītāju ierīces var iedalīt pilna tipa, daļēji kontrolētā un nevadāmā tipa atkarībā no ķēdes signālu kontroles pakāpes. Vai arī atkarībā no braukšanas ķēdes signāla īpašībām to var iedalīt sprieguma vadītā veidā, strāvas vadītā veidā utt.
| Klasifikācija | veids | Specifiskas jaudas pusvadītāju ierīces |
| Elektrisko signālu vadāmība | Daļēji kontrolēts tips | SCR |
| Pilnīga kontrole | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Nekontrolējams | Strāvas diode | |
| Braukšanas signāla īpašības | Sprieguma piedziņas tips | IGBT, MOSFET, SITH |
| Pašreizējais piedziņas veids | SCR, GTO, GTR | |
| Efektīva signāla viļņu forma | Impulsa sprūda veids | SCR, GTO |
| Elektroniskās vadības veids | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Situācijas, kurās piedalās strāvu nesošie elektroni | bipolāra ierīce | Jaudas diode, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Unipolāra ierīce | MOSFET, SĒDI | |
| Kompozīta ierīce | MCT, IGBT, SITH un IGCT |
Dažādām jaudas pusvadītāju ierīcēm ir dažādi raksturlielumi, piemēram, spriegums, strāvas jauda, pretestības spēja un izmērs. Faktiskajā lietošanā atbilstoši dažādām jomām un vajadzībām ir jāizvēlas atbilstošas ierīces.
Pusvadītāju rūpniecība kopš tās dzimšanas ir piedzīvojusi trīs materiālu pārmaiņu paaudzes. Līdz šim pirmais pusvadītāju materiāls, ko pārstāv Si, joprojām galvenokārt tiek izmantots jaudas pusvadītāju ierīču jomā.
| Pusvadītāju materiāls | Bandgap (eV) | Kušanas punkts (K) | galvenais pielietojums | |
| 1. paaudzes pusvadītāju materiāli | Ge | 1.1 | 1221. gads | Zemsprieguma, zemas frekvences, vidējas jaudas tranzistori, fotodetektori |
| 2. paaudzes pusvadītāju materiāli | Si | 0.7 | 1687. gads | |
| 3. paaudzes pusvadītāju materiāli | GaAs | 1.4 | 1511. gads | Mikroviļņu, milimetru viļņu iekārtas, gaismu izstarojošās ierīces |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Augstas temperatūras, augstfrekvences, starojuma izturīgas lieljaudas ierīces 2. Zilas, pakāpes, violetas gaismas diodes, pusvadītāju lāzeri | |
| GaN | 3.4 | 1973. gads | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞ 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Apkopojiet daļēji kontrolētu un pilnībā kontrolētu jaudas ierīču raksturlielumus:
| Ierīces veids | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Kontroles veids | Impulsu trigeris | Pašreizējā kontrole | sprieguma kontrole | filmu centrs |
| pašaizslēgšanās līnija | Komutācijas izslēgšana | pašaizslēgšanās ierīce | pašaizslēgšanās ierīce | pašaizslēgšanās ierīce |
| darba biežums | ＜ 1 khz | ＜ 30 khz | 20 khz-Mhz | ＜ 40 khz |
| Braukšanas jauda | mazs | liels | mazs | mazs |
| pārslēgšanas zudumi | liels | liels | liels | liels |
| vadītspējas zudums | mazs | mazs | liels | mazs |
| Spriegums un strāvas līmenis | 最大 | liels | minimums | vairāk |
| Tipiski pielietojumi | Vidējas frekvences indukcijas sildīšana | UPS frekvences pārveidotājs | komutācijas barošanas avots | UPS frekvences pārveidotājs |
| cena | zemākais | zemāks | vidū | Visdārgākais |
| vadītspējas modulācijas efekts | ir | ir | neviens | ir |
Iepazīstieties ar MOSFET
MOSFET ir augsta ieejas pretestība, zems trokšņa līmenis un laba termiskā stabilitāte; tam ir vienkāršs ražošanas process un spēcīgs starojums, tāpēc to parasti izmanto pastiprinātāju ķēdēs vai komutācijas shēmās;
(1) Galvenie atlases parametri: drenāžas avota spriegums VDS (izturības spriegums), ID nepārtrauktas noplūdes strāva, RDS(ieslēgts) ieslēgšanas pretestība, Ciss ievades kapacitāte (savienojuma kapacitāte), kvalitātes koeficients FOM=Ron*Qg utt.
(2) Saskaņā ar dažādiem procesiem tas ir sadalīts TrenchMOS: tranšejas MOSFET, galvenokārt zemsprieguma laukā 100 V robežās; SGT (Split Gate) MOSFET: dalīto vārtu MOSFET, galvenokārt vidējā un zemsprieguma laukā 200 V robežās; SJ MOSFET: superkrustojums MOSFET, galvenokārt augstsprieguma laukā 600-800V;
Komutācijas barošanas avotā, piemēram, atvērtā kanalizācijas ķēdē, kanalizācija ir savienota ar slodzi neskarta, ko sauc par atvērtu noteci. Atvērtā kanalizācijas ķēdē neatkarīgi no tā, cik augsta sprieguma ir pievienota slodze, slodzes strāvu var ieslēgt un izslēgt. Tā ir ideāla analogā komutācijas ierīce. Tas ir MOSFET kā komutācijas ierīces princips.
Runājot par tirgus daļu, gandrīz visi MOSFET ir koncentrēti lielāko starptautisko ražotāju rokās. Tostarp Infineon 2015. gadā iegādājās IR (American International Rectifier Company) un kļuva par nozares līderi. ON Semiconductor arī pabeidza Fairchild Semiconductor iegādi 2016. gada septembrī. , tirgus daļa uzlēca uz otro vietu, un pēc tam pārdošanas reitingi bija Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna utt.;
Galvenie MOSFET zīmoli ir sadalīti vairākās sērijās: amerikāņu, japāņu un korejiešu.
Amerikāņu sērijas: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS utt.;
japāņu: Toshiba, Renesas, ROHM uc;
Korejas sērijas: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET pakotņu kategorijas
Atkarībā no tā, kā tas ir uzstādīts uz PCB plates, ir divi galvenie MOSFET pakotņu veidi: spraudnis (caur caurumu) un virsmas stiprinājums (virsmas stiprinājums). “
Spraudņa tips nozīmē, ka MOSFET tapas iziet cauri PCB plates montāžas caurumiem un tiek piemetinātas pie PCB plates. Izplatītākās spraudņu pakotnes ietver: dubultā līnijas pakotni (DIP), tranzistora kontūru pakotni (TO) un pin grid array pakotni (PGA).
Plug-in iepakojums
Virsmas montāža ir vieta, kur MOSFET tapas un siltuma izkliedes atloks tiek piemetināti pie PCB plates virsmas paliktņiem. Tipiski virsmas montāžas komplekti ietver: tranzistora kontūru (D-PAK), mazo kontūru tranzistoru (SOT), mazo kontūru iepakojumu (SOP), četru plakano iepakojumu (QFP), plastmasas svina mikroshēmu turētāju (PLCC) utt.
virsmas montāžas pakete
Attīstoties tehnoloģijām, PCB plates, piemēram, mātesplates un grafiskās kartes, šobrīd arvien mazāk izmanto tiešo spraudņu iepakojumu, un tiek izmantots vairāk virsmas montāžas iepakojuma.
1. Dual in-line pakotne (DIP)
DIP pakotnei ir divas tapu rindas, un tā ir jāievieto mikroshēmas ligzdā ar DIP struktūru. Tās atvasināšanas metode ir SDIP (Shrink DIP), kas ir saraušanās dubultā rindas pakotne. Tapas blīvums ir 6 reizes lielāks nekā DIP.
DIP iepakojuma struktūras formas ietver: daudzslāņu keramikas divrindu DIP, viena slāņa keramikas divrindu DIP, svina rāmi DIP (ieskaitot stikla keramikas blīvējuma veidu, plastmasas iekapsulēšanas struktūras veidu, keramikas zemas kušanas stikla iekapsulāciju tips) uc
Tomēr, tā kā tā iepakojuma laukums un biezums ir salīdzinoši lieli un tapas var viegli sabojāt pievienošanas un atvienošanas procesā, uzticamība ir zema. Tajā pašā laikā procesa ietekmes dēļ tapu skaits parasti nepārsniedz 100. Tāpēc elektroniskās rūpniecības augstās integrācijas procesā DIP iepakojums pamazām ir aizgājis no vēstures posma.
2. Tranzistora kontūru pakotne (TO)
Agrīnās iepakojuma specifikācijas, piemēram, TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 utt., ir visi spraudņa iepakojuma dizaini.
TO-3P/247: tā ir plaši izmantota iepakojuma forma vidēja augstsprieguma un lielas strāvas MOSFET. Produktam ir augsta sprieguma izturība un spēcīga sabrukšanas pretestība. )
TO-220/220F: TO-220F ir pilnībā plastmasas iepakojums, un, uzstādot to uz radiatora, nav nepieciešams pievienot izolācijas paliktni; TO-220 ir metāla loksne, kas savienota ar vidējo tapu, un, uzstādot radiatoru, ir nepieciešams izolācijas paliktnis. Šo divu pakotņu stilu MOSFET ir līdzīgs izskats, un tos var izmantot aizvietojami. )
TO-251: šo iepakoto produktu galvenokārt izmanto, lai samazinātu izmaksas un samazinātu produkta izmēru. To galvenokārt izmanto vidēs ar vidējo spriegumu un lielu strāvu zem 60A un augstu spriegumu zem 7N. )
TO-92: šo pakotni izmanto tikai zemsprieguma MOSFET (strāva zem 10A, iztur spriegumu zem 60V) un augstsprieguma 1N60/65, lai samazinātu izmaksas.
Pēdējos gados, pateicoties augstajām metināšanas izmaksām, kas saistītas ar iespraužamo iepakošanas procesu un zemāku siltuma izkliedes veiktspēju nekā plākstera tipa izstrādājumiem, pieprasījums virszemes montāžas tirgū ir turpinājis palielināties, kā rezultātā ir izstrādāts arī TO iepakojums. virsmas montāžas iepakojumā.
TO-252 (saukta arī par D-PAK) un TO-263 (D2PAK) ir virsmas montāžas paketes.
TO iepakojuma produkta izskats
TO252/D-PAK ir plastmasas mikroshēmu iepakojums, ko parasti izmanto jaudas tranzistoru un sprieguma stabilizācijas mikroshēmu iepakošanai. Tā ir viena no pašreizējām galvenajām pakotnēm. MOSFET, kas izmanto šo iepakošanas metodi, ir trīs elektrodi, vārti (G), drenāža (D) un avots (S). Drenāžas tapa (D) ir nogriezta un netiek izmantota. Tā vietā siltuma izlietne aizmugurē tiek izmantota kā kanalizācija (D), kas ir tieši piemetināta pie PCB. No vienas puses, to izmanto lielu strāvu izvadīšanai, un, no otras puses, tas izkliedē siltumu caur PCB. Tāpēc uz PCB ir trīs D-PAK spilventiņi, un drenāžas (D) spilventiņš ir lielāks. Tā iepakojuma specifikācijas ir šādas:
TO-252/D-PAK iepakojuma izmēra specifikācijas
TO-263 ir TO-220 variants. Tas galvenokārt ir paredzēts, lai uzlabotu ražošanas efektivitāti un siltuma izkliedi. Tas atbalsta ārkārtīgi augstu strāvu un spriegumu. Tas ir biežāk sastopams vidēja sprieguma augstas strāvas MOSFET zem 150A un virs 30V. Papildus D2PAK (TO-263AB) tajā ietilpst arī TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 un citi stili, kas ir pakārtoti TO-263, galvenokārt atšķirīgā tapu skaita un attāluma dēļ. .
TO-263/D2PAK iepakojuma izmēra specifikācijas
3. PIN režģa masīva pakotne (PGA)
PGA (Pin Grid Array Package) mikroshēmā un ārpus tās ir vairākas kvadrātveida masīva tapas. Katra kvadrātveida masīva tapa ir izvietota noteiktā attālumā ap mikroshēmu. Atkarībā no tapu skaita to var veidot no 2 līdz 5 apļiem. Instalēšanas laikā vienkārši ievietojiet mikroshēmu īpašajā PGA ligzdā. Tā priekšrocības ir vienkārša pievienošana un atvienošana, kā arī augsta uzticamība, un tā var pielāgoties augstākām frekvencēm.
PGA pakotnes stils
Lielākā daļa tā mikroshēmu substrātu ir izgatavoti no keramikas materiāla, un daži izmanto īpašus plastmasas sveķus kā pamatni. Tehnoloģijas ziņā tapas centra attālums parasti ir 2,54 mm, un tapu skaits svārstās no 64 līdz 447. Šāda veida iepakojuma iezīme ir tāda, ka jo mazāks ir iepakojuma laukums (tilpums), jo mazāks ir enerģijas patēriņš (veiktspēja). ) tas var izturēt, un otrādi. Šis mikroshēmu iesaiņošanas stils bija izplatītāks pirmajās dienās, un to galvenokārt izmantoja liela jaudas patēriņa produktu, piemēram, CPU, iepakošanai. Piemēram, Intel 80486 un Pentium izmanto šo iepakojuma stilu; MOSFET ražotāji to plaši neizmanto.
4. Mazā kontūra tranzistoru pakotne (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) ir ielāpu tipa mazu jaudas tranzistoru pakotne, kas galvenokārt ietver SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (ti, SOT23-5) utt. SOT323, SOT363/SOT26 (ti, SOT23-6) un citi veidi ir atvasināti, kas pēc izmēra ir mazāki nekā TO pakotnes.
SOT iepakojuma veids
SOT23 ir plaši izmantota tranzistoru pakotne ar trim spārnu formas tapām, proti, kolektoru, emitētāju un pamatni, kas ir norādītas komponenta garās puses abās pusēs. Starp tiem emitētājs un bāze atrodas vienā pusē. Tie ir izplatīti mazjaudas tranzistoros, lauka efekta tranzistoros un kompozītmateriālu tranzistoros ar rezistoru tīkliem. Viņiem ir laba izturība, bet slikta lodēšana. Izskats ir parādīts (a) attēlā zemāk.
SOT89 ir trīs īsas tapas, kas sadalītas vienā tranzistora pusē. Otra puse ir metāla siltuma izlietne, kas savienota ar pamatni, lai palielinātu siltuma izkliedes spēju. Tas ir izplatīts silīcija jaudas virsmas stiprinājuma tranzistoros un ir piemērots lielākas jaudas lietojumiem. Izskats ir parādīts (b) attēlā zemāk. )
SOT143 ir četras īsas spārnu formas tapas, kuras tiek izvadītas no abām pusēm. Tapas platākais gals ir kolektors. Šāda veida pakotnes ir izplatītas augstfrekvences tranzistoros, un tās izskats ir parādīts (c) attēlā zemāk. )
SOT252 ir lieljaudas tranzistors ar trim kontaktiem, kas ved no vienas puses, un vidējā tapa ir īsāka un ir kolektors. Savienojiet ar lielāko tapu otrā galā, kas ir vara loksne siltuma izkliedēšanai, un tās izskats ir tāds, kā parādīts attēlā (d).
Kopējais SOT iepakojuma izskata salīdzinājums
Četru terminālu SOT-89 MOSFET parasti izmanto mātesplatēs. Tās specifikācijas un izmēri ir šādi:
SOT-89 MOSFET izmēra specifikācijas (vienība: mm)
5. Mazā kontūru pakete (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) ir viena no virsmas montāžas pakotnēm, ko sauc arī par SOL vai DFP. Piespraudes ir izvilktas no abām iepakojuma pusēm kaijas spārna formā (L forma). Materiāli ir plastmasa un keramika. SOP iepakojuma standarti ietver SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 utt. Skaitlis aiz SOP norāda tapu skaitu. Lielākā daļa MOSFET SOP pakotņu izmanto SOP-8 specifikācijas. Nozare bieži izlaiž "P" un saīsina to kā SO (Small Out-Line).
SOP-8 iepakojuma izmērs
SO-8 pirmo reizi izstrādāja PHILIP Company. Tas ir iesaiņots plastmasā, tam nav siltuma izkliedes apakšējās plāksnes, un tam ir slikta siltuma izkliede. To parasti izmanto mazjaudas MOSFET. Vēlāk pakāpeniski tika iegūtas tādas standarta specifikācijas kā TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) utt.; starp tiem TSOP un TSSOP parasti izmanto MOSFET iepakojumā.
SOP atvasinātās specifikācijas, ko parasti izmanto MOSFET
6. Quad Flat Package (QFP)
Attālums starp skaidu tapām QFP (Plastic Quad Flat Package) iepakojumā ir ļoti mazs, un tapas ir ļoti plānas. To parasti izmanto liela mēroga vai īpaši lielās integrālajās shēmās, un tapu skaits parasti ir lielāks par 100. Šādā formā iesaiņotajām mikroshēmām ir jāizmanto SMT virsmas montāžas tehnoloģija, lai pielodētu mikroshēmu pie mātesplates. Šai iepakošanas metodei ir četri galvenie raksturlielumi: ① Tā ir piemērota SMD virsmas montāžas tehnoloģijai, lai uzstādītu vadus uz PCB shēmas plates; ② Tas ir piemērots augstfrekvences lietošanai; ③ Tas ir viegli lietojams un tam ir augsta uzticamība; ④ Attiecība starp mikroshēmas laukumu un iepakojuma laukumu ir maza. Tāpat kā PGA iepakošanas metode, arī šī iepakošanas metode iesaiņo mikroshēmu plastmasas iepakojumā un nevar izkliedēt siltumu, kas rodas, mikroshēmai darbojoties savlaicīgi. Tas ierobežo MOSFET veiktspējas uzlabošanu; un pats plastmasas iepakojums palielina ierīces izmērus, kas neatbilst pusvadītāju izstrādes prasībām virzienā uz to, lai tie būtu viegli, tievi, īsi un mazi. Turklāt šāda veida iepakošanas metode ir balstīta uz vienu mikroshēmu, kurai ir zemas ražošanas efektivitātes un augstās iepakošanas izmaksas. Tāpēc QFP ir vairāk piemērots izmantošanai digitālās loģikas LSI shēmās, piemēram, mikroprocesoros/vārtu blokos, kā arī ir piemērots analogo LSI shēmu produktu iepakošanai, piemēram, VTR signālu apstrādei un audio signālu apstrādei.
7 、 Četrplakans iepakojums bez vadiem (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded package) pakete ir aprīkota ar elektrodu kontaktiem visās četrās pusēs. Tā kā nav vadu, montāžas laukums ir mazāks par QFP un augstums ir zemāks par QFP. Tostarp keramikas QFN sauc arī par LCC (bezsvina mikroshēmu nesēji), un zemu izmaksu plastmasas QFN, izmantojot stikla epoksīda sveķu drukāto substrāta pamatmateriālu, sauc par plastmasas LCC, PCLC, P-LCC utt. Tas ir topošs virsmas montāžas mikroshēmu iepakojums. tehnoloģija ar mazu spilventiņu izmēru, mazu tilpumu un plastmasu kā blīvējuma materiālu. QFN galvenokārt tiek izmantots integrālo shēmu iepakojumam, un MOSFET netiks izmantots. Tomēr, tā kā Intel piedāvāja integrētu draiveri un MOSFET risinājumu, tas palaida DrMOS QFN-56 pakotnē ("56" attiecas uz 56 savienojuma tapām mikroshēmas aizmugurē).
Jāpiebilst, ka QFN pakotnei ir tāda pati ārējā pievada konfigurācija kā īpaši plānajai mazajai kontūru pakotnei (TSSOP), taču tās izmērs ir par 62% mazāks nekā TSSOP. Saskaņā ar QFN modelēšanas datiem tā termiskā veiktspēja ir par 55% augstāka nekā TSSOP iepakojumam, un tā elektriskā veiktspēja (induktivitāte un kapacitāte) ir attiecīgi par 60% un 30% augstāka nekā TSSOP iepakojumam. Lielākais trūkums ir tas, ka to ir grūti salabot.
DrMOS QFN-56 iepakojumā
Tradicionālie diskrētie līdzstrāvas/līdzstrāvas pakāpeniski pazeminoši komutācijas barošanas avoti nevar izpildīt prasības attiecībā uz lielāku jaudas blīvumu, kā arī nevar atrisināt problēmu, kas saistīta ar parazītu parametru ietekmi uz augstām komutācijas frekvencēm. Pateicoties tehnoloģiju jauninājumiem un progresam, ir kļuvusi par realitāti integrēt draiverus un MOSFET, lai izveidotu vairāku mikroshēmu moduļus. Šī integrācijas metode var ievērojami ietaupīt vietu un palielināt enerģijas patēriņa blīvumu. Pateicoties draiveru un MOSFET optimizācijai, tas ir kļuvis par realitāti. Enerģijas efektivitāte un augstas kvalitātes līdzstrāva, šī ir DrMOS integrētā draivera IC.
Renesas 2. paaudzes DrMOS
QFN-56 bezsvina pakotne padara DrMOS termisko pretestību ļoti zemu; ar iekšējo stiepļu savienošanu un vara klipu dizainu var samazināt ārējo PCB vadu, tādējādi samazinot induktivitāti un pretestību. Turklāt izmantotais dziļo kanālu silīcija MOSFET process var arī ievērojami samazināt vadītspējas, komutācijas un vārtu lādiņu zudumus; tas ir savietojams ar dažādiem kontrolieriem, var sasniegt dažādus darbības režīmus un atbalsta aktīvās fāzes pārveidošanas režīmu APS (Auto Phase Switching). Papildus QFN iepakojumam divpusējais plakanais bezsvina iepakojums (DFN) ir arī jauns elektroniskais iepakošanas process, kas ir plaši izmantots dažādos ON Semiconductor komponentos. Salīdzinot ar QFN, DFN abās pusēs ir mazāk izvadīšanas elektrodu.
8. Plastmasas svina mikroshēmu nesējs (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) ir kvadrātveida forma, un tas ir daudz mazāks nekā DIP pakotne. Tam ir 32 tapas ar tapām visapkārt. Piespraudes tiek izvadītas no iepakojuma četrām pusēm T-veida formā. Tas ir plastmasas izstrādājums. Tapas centra attālums ir 1,27 mm, un tapu skaits svārstās no 18 līdz 84. J-veida tapas nav viegli deformējamas un ir vieglāk lietojamas nekā QFP, taču izskata pārbaude pēc metināšanas ir grūtāka. PLCC iepakojums ir piemērots elektroinstalācijas uzstādīšanai uz PCB, izmantojot SMT virsmas montāžas tehnoloģiju. Tam ir maza izmēra un augstas uzticamības priekšrocības. PLCC iepakojums ir salīdzinoši izplatīts un tiek izmantots loģiskajās LSI, DLD (vai programmas loģiskās ierīcēs) un citās shēmās. Šo iepakojuma formu bieži izmanto mātesplates BIOS, taču MOSFET tā pašlaik ir retāk sastopama.
Iekapsulēšana un uzlabošana parastajiem uzņēmumiem
Tā kā CPU ir zems spriegums un liela strāva, MOSFET ir nepieciešama liela izejas strāva, zema ieslēgšanas pretestība, zema siltuma ražošana, ātra siltuma izkliede un mazs izmērs. Papildus mikroshēmu ražošanas tehnoloģiju un procesu uzlabošanai MOSFET ražotāji turpina uzlabot arī iepakošanas tehnoloģiju. Pamatojoties uz saderību ar standarta izskata specifikācijām, viņi piedāvā jaunas iepakojuma formas un reģistrē preču zīmju nosaukumus jaunajiem iepakojumiem, ko tie izstrādā.
1、RENESAS WPAK, LFPAK un LFPAK-I pakotnes
WPAK ir Renesas izstrādāta augsta siltuma starojuma pakete. Imitējot D-PAK paketi, mikroshēmas radiators tiek piemetināts pie mātesplates, un siltums tiek izkliedēts caur mātesplati, lai mazā pakete WPAK varētu sasniegt arī D-PAK izejas strāvu. WPAK-D2 komplektā ir divi augsti/zemi MOSFET, lai samazinātu vadu induktivitāti.
Renesas WPAK iepakojuma izmērs
LFPAK un LFPAK-I ir divas citas nelielas formas faktora pakotnes, ko izstrādājis Renesas un kas ir saderīgas ar SO-8. LFPAK ir līdzīgs D-PAK, bet mazāks par D-PAK. LFPAK-i novieto siltuma izlietni uz augšu, lai izkliedētu siltumu caur dzesēšanas izlietni.
Renesas LFPAK un LFPAK-I iepakojumi
2. Vishay Power-PAK un Polar-PAK iepakojums
Power-PAK ir MOSFET pakotnes nosaukums, ko reģistrējusi Vishay Corporation. Power-PAK ietver divas specifikācijas: Power-PAK1212-8 un Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 iepakojums
Vishay Power-PAK SO-8 iepakojums
Polar PAK ir mazs iepakojums ar abpusēju siltuma izkliedi un ir viena no Vishay galvenajām iepakošanas tehnoloģijām. Polar PAK ir tāds pats kā parastais so-8 iepakojums. Tam ir izkliedēšanas punkti gan iepakojuma augšējā, gan apakšējā pusē. Nav viegli uzkrāt siltumu iepakojuma iekšpusē, un tas var palielināt darba strāvas blīvumu līdz divreiz lielākam par SO-8. Pašlaik Vishay ir licencējis Polar PAK tehnoloģiju uzņēmumam STMicroelectronics.
Vishay Polar PAK iepakojums
3. Onsemi SO-8 un WDFN8 plakanie svina iepakojumi
Uzņēmums ON Semiconductor ir izstrādājis divu veidu plakanu pievadu MOSFET, starp kuriem ar SO-8 saderīgos plakanu pievadu izmanto daudzas plates. ON Semiconductor jaunizveidotie NVMx un NVTx jaudas MOSFET izmanto kompaktās DFN5 (SO-8FL) un WDFN8 pakotnes, lai samazinātu vadītspējas zudumus. Tam ir arī zems QG un kapacitāte, lai samazinātu vadītāja zudumus.
ON Semiconductor SO-8 Flat Lead Package
ON Semiconductor WDFN8 pakotne
4. NXP LFPAK un QLPAK iepakojums
NXP (agrāk Philps) ir uzlabojis SO-8 iepakošanas tehnoloģiju LFPAK un QLPAK. Starp tiem LFPAK tiek uzskatīts par uzticamāko jaudas SO-8 paketi pasaulē; savukārt QLPAK ir maza izmēra un augstākas siltuma izkliedes efektivitātes īpašības. Salīdzinot ar parasto SO-8, QLPAK aizņem PCB plates laukumu 6 * 5 mm, un tā termiskā pretestība ir 1,5 k/W.
NXP LFPAK pakotne
NXP QLPAK iepakojums
4. ST Semiconductor PowerSO-8 pakete
STMicroelectronics jaudas MOSFET mikroshēmu iepakošanas tehnoloģijas ietver SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK uc Tostarp Power SO-8 ir uzlabota SO-8 versija. Turklāt ir PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 un citas pakotnes.
STMicroelectronics Power SO-8 pakotne
5. Fairchild Semiconductor Power 56 pakotne
Power 56 ir Farihilda ekskluzīvais nosaukums, un tā oficiālais nosaukums ir DFN5×6. Tā iepakojuma laukums ir salīdzināms ar parasti izmantotā TSOP-8, un plānais iepakojums ietaupa komponentu klīrensa augstumu, un Thermal-Pad dizains apakšā samazina termisko pretestību. Tāpēc daudzi barošanas ierīču ražotāji ir izvietojuši DFN5×6.
Fairchild Power 56 pakotne
6. Starptautiskā taisngrieža (IR) tiešā FET pakete
Tiešais FET nodrošina efektīvu augšējo dzesēšanu ar SO-8 vai mazāku nospiedumu un ir piemērots maiņstrāvas-līdzstrāvas un līdzstrāvas-līdzstrāvas jaudas pārveidošanai datoros, klēpjdatoros, telekomunikāciju un plaša patēriņa elektronikas iekārtās. DirectFET metāla kannu konstrukcija nodrošina abpusēju siltuma izkliedi, efektīvi divkāršojot augstfrekvences līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju strāvas apstrādes iespējas salīdzinājumā ar standarta plastmasas diskrētajiem iepakojumiem. Direct FET pakotne ir apgrieztā veidā montēta ar drenāžas (D) siltuma izlietni uz augšu un pārklāta ar metāla apvalku, caur kuru tiek izkliedēts siltums. Tiešais FET iepakojums ievērojami uzlabo siltuma izkliedi un aizņem mazāk vietas ar labu siltuma izkliedi.
Apkopojiet
Nākotnē, elektronikas ražošanas nozarei turpinot attīstīties īpaši plānas, miniaturizācijas, zemsprieguma un lielas strāvas virzienā, arī MOSFET izskats un iekšējā iepakojuma struktūra mainīsies, lai labāk pielāgotos ražošanas attīstības vajadzībām. nozare. Turklāt, lai pazeminātu atlases slieksni elektronikas ražotājiem, MOSFET attīstības tendence modularizācijas un sistēmas līmeņa iepakojuma virzienā kļūs arvien skaidrāka, un produkti tiks izstrādāti saskaņoti no dažādām dimensijām, piemēram, veiktspējas un izmaksām. . Pakete ir viens no svarīgākajiem atsauces faktoriem MOSFET izvēlei. Dažādiem elektroniskiem izstrādājumiem ir atšķirīgas elektriskās prasības, un dažādām uzstādīšanas vidēm ir nepieciešamas arī atbilstoša izmēra specifikācijas. Faktiskajā atlasē lēmums ir jāpieņem saskaņā ar faktiskajām vajadzībām saskaņā ar vispārējo principu. Dažas elektroniskās sistēmas ierobežo PCB izmērs un iekšējais augstums. Piemēram, sakaru sistēmu moduļu barošanas blokos augstuma ierobežojumu dēļ parasti tiek izmantotas DFN5*6 un DFN3*3 paketes; dažos ACDC barošanas avotos īpaši plānas konstrukcijas vai apvalka ierobežojumu dēļ ir piemērotas TO220 iepakotās jaudas MOSFET montāžai. Šajā laikā tapas var tieši ievietot saknē, kas nav piemērots TO247 iepakotajiem produktiem; dažiem īpaši plāniem dizainparaugiem ierīces tapas ir jāsaliek un jānovieto plakaniski, kas palielinās MOSFET izvēles sarežģītību.
Kā izvēlēties MOSFET
Kāds inženieris man reiz teica, ka viņš nekad nav skatījies MOSFET datu lapas pirmajā lapā, jo "praktiskā" informācija parādījās tikai otrajā lapā un tālāk. Praktiski katra MOSFET datu lapas lapa satur dizaineriem vērtīgu informāciju. Taču ne vienmēr ir skaidrs, kā interpretēt ražotāju sniegtos datus.
Šajā rakstā ir izklāstītas dažas no galvenajām MOSFET specifikācijām, kā tās ir norādītas datu lapā un skaidrais attēls, kas jums nepieciešams, lai tos saprastu. Tāpat kā lielāko daļu elektronisko ierīču, MOSFET ietekmē darba temperatūra. Tāpēc ir svarīgi saprast, kādos testa apstākļos minētie rādītāji tiek piemēroti. Ir arī svarīgi saprast, vai "Produkta ievadā" redzamie rādītāji ir "maksimālās" vai "tipiskās" vērtības, jo dažās datu lapās tas nav skaidri norādīts.
Sprieguma pakāpe
Primārais raksturlielums, kas nosaka MOSFET, ir tā drenāžas avota spriegums VDS jeb "izplūdes avota pārrāvuma spriegums", kas ir augstākais spriegums, ko MOSFET var izturēt bez bojājumiem, kad vārti ir īssavienoti ar avotu un drenāžas strāvu. ir 250 μA. . VDS sauc arī par "absolūto maksimālo spriegumu pie 25°C", taču ir svarīgi atcerēties, ka šis absolūtais spriegums ir atkarīgs no temperatūras, un datu lapā parasti ir "VDS temperatūras koeficients". Jums arī jāsaprot, ka maksimālais VDS ir līdzstrāvas spriegums plus visi sprieguma lēcieni un viļņi, kas var būt ķēdē. Piemēram, ja izmantojat 30 V ierīci 30 V barošanas avotam ar 100 mV, 5ns smaili, spriegums pārsniegs ierīces absolūto maksimālo robežu un ierīce var pāriet lavīnas režīmā. Šajā gadījumā MOSFET uzticamību nevar garantēt. Augstās temperatūrās temperatūras koeficients var būtiski mainīt pārrāvuma spriegumu. Piemēram, dažiem N-kanālu MOSFET ar 600 V spriegumu ir pozitīvs temperatūras koeficients. Kad tie tuvojas maksimālajai savienojuma temperatūrai, temperatūras koeficients izraisa šo MOSFET darbību kā 650 V MOSFET. Daudzu MOSFET lietotāju projektēšanas noteikumos ir nepieciešams pazemināšanas koeficients no 10% līdz 20%. Dažos projektos, ņemot vērā, ka faktiskais pārrāvuma spriegums ir par 5% līdz 10% lielāks nekā nominālā vērtība 25 °C temperatūrā, faktiskajam projektam tiks pievienota atbilstoša noderīgā projektēšanas rezerve, kas ir ļoti izdevīga konstrukcijai. Tikpat svarīgi, lai pareizi izvēlētos MOSFET, ir izprast vārtu avota sprieguma VGS lomu vadīšanas procesā. Šis spriegums ir spriegums, kas nodrošina pilnīgu MOSFET vadītspēju noteiktā maksimālā RDS(ieslēgts) stāvoklī. Tāpēc ieslēgšanas pretestība vienmēr ir saistīta ar VGS līmeni, un tikai pie šāda sprieguma ierīci var ieslēgt. Svarīgas konstrukcijas sekas ir tādas, ka MOSFET nevar pilnībā ieslēgt ar spriegumu, kas ir zemāks par minimālo VGS, ko izmanto, lai sasniegtu RDS(ieslēgts) vērtējumu. Piemēram, lai MOSFET pilnībā ieslēgtu ar 3,3 V mikrokontrolleri, jums ir jāspēj ieslēgt MOSFET ar VGS = 2,5 V vai zemāku.
Pretestība, vārtu lādiņš un "nopelnu figūra"
MOSFET ieslēgšanas pretestība vienmēr tiek noteikta pie viena vai vairākiem vārtiem-avota spriegumiem. Maksimālais RDS(ieslēgts) ierobežojums var būt par 20% līdz 50% augstāks nekā tipiskā vērtība. RDS(ieslēgts) maksimālā robeža parasti attiecas uz vērtību pie savienojuma temperatūras 25°C. Augstākā temperatūrā RDS(ieslēgts) var palielināties par 30% līdz 150%, kā parādīts 1. attēlā. Tā kā RDS(ieslēgts) mainās atkarībā no temperatūras un minimālo pretestības vērtību nevar garantēt, strāvas noteikšana, pamatojoties uz RDS(ieslēgts), nav iespējama. ļoti precīza metode.
1. attēls RDS(ieslēgts) palielinās līdz ar temperatūru diapazonā no 30% līdz 150% no maksimālās darba temperatūras
Ieslēgšanas pretestība ir ļoti svarīga gan N-kanāla, gan P-kanāla MOSFET. Komutācijas barošanas avotos Qg ir galvenais izvēles kritērijs N-kanālu MOSFET, ko izmanto komutācijas barošanas avotos, jo Qg ietekmē komutācijas zudumus. Šiem zaudējumiem ir divas sekas: viens ir pārslēgšanās laiks, kas ietekmē MOSFET ieslēgšanu un izslēgšanu; otrs ir enerģija, kas nepieciešama, lai uzlādētu vārtu kapacitāti katra pārslēgšanas procesa laikā. Viena lieta, kas jāpatur prātā, ir tāda, ka Qg ir atkarīgs no vārtu avota sprieguma, pat ja, izmantojot zemāku Vgs, tiek samazināti pārslēgšanas zudumi. Lai ātri salīdzinātu MOSFET, kas paredzēti izmantošanai komutācijas lietojumprogrammās, dizaineri bieži izmanto vienskaitļa formulu, kas sastāv no RDS(on) vadītspējas zudumiem un Qg pārslēgšanas zudumiem: RDS(on)xQg. Šis "nopelnu skaitlis" (FOM) apkopo ierīces veiktspēju un ļauj salīdzināt MOSFET tipisku vai maksimālo vērtību izteiksmē. Lai nodrošinātu precīzu ierīču salīdzinājumu, jums ir jāpārliecinās, ka RDS(on) un Qg tiek izmantota viena un tā pati VGS un ka publikācijā netiek sajauktas tipiskās un maksimālās vērtības. Zemāks FOM nodrošinās labāku veiktspēju lietojumprogrammu pārslēgšanā, taču tas netiek garantēts. Vislabākos salīdzināšanas rezultātus var iegūt tikai faktiskā shēmā, un dažos gadījumos ķēde var būt precīzi jānoregulē katram MOSFET. Nominālā strāva un jaudas izkliede, pamatojoties uz dažādiem testa apstākļiem, lielākajai daļai MOSFET datu lapā ir viena vai vairākas nepārtrauktas drenāžas strāvas. Vēlaties rūpīgi apskatīt datu lapu, lai noskaidrotu, vai vērtība ir norādītajā korpusa temperatūrā (piem., TC=25°C) vai apkārtējā temperatūrā (piem., TA=25°C). Kura no šīm vērtībām ir visatbilstošākā, būs atkarīga no ierīces īpašībām un pielietojuma (skat. 2. attēlu).
2. attēls Visas absolūtās maksimālās strāvas un jaudas vērtības ir reāli dati
Mazām virsmas montāžas ierīcēm, ko izmanto rokas ierīcēs, atbilstošākais strāvas līmenis var būt 70°C apkārtējās vides temperatūra. Lielām iekārtām ar siltuma izlietnēm un piespiedu gaisa dzesēšanu pašreizējais līmenis pie TA=25℃ var būt tuvāks faktiskajai situācijai. Dažām ierīcēm matrica var izturēt lielāku strāvu pie maksimālās savienojuma temperatūras, nekā noteikts iepakojumā. Dažās datu lapās šis "ierobežots" strāvas līmenis ir papildu informācija "ierobežotajam" strāvas līmenim, kas var sniegt priekšstatu par matricas robustumu. Līdzīgi apsvērumi attiecas uz nepārtrauktu jaudas izkliedi, kas ir atkarīga ne tikai no temperatūras, bet arī no laika. Iedomājieties ierīci, kas nepārtraukti darbojas pie PD=4W 10 sekundes pie TA=70℃. Tas, kas ir "nepārtraukts" laika periods, atšķirsies atkarībā no MOSFET pakotnes, tāpēc, lai redzētu, kā izskatās jaudas izkliede pēc 10 sekundēm, 100 sekundēm vai 10 minūtēm, vēlēsities izmantot normalizēto termiskās pārejas pretestības diagrammu no datu lapas. . Kā parādīts 3. attēlā, šīs specializētās ierīces termiskās pretestības koeficients pēc 10 sekunžu impulsa ir aptuveni 0,33, kas nozīmē, ka pēc aptuveni 10 minūtēm iepakojums sasniedz termisko piesātinājumu, ierīces siltuma izkliedes jauda ir tikai 1,33 W 4 W vietā. . Lai gan ierīces siltuma izkliedes jauda var sasniegt aptuveni 2W ar labu dzesēšanu.
3. attēls MOSFET termiskā pretestība, kad tiek pielietots jaudas impulss
Faktiski MOSFET izvēli varam iedalīt četros posmos.
Pirmais solis: izvēlieties N kanālu vai P kanālu
Pirmais solis, izvēloties pareizo ierīci savam dizainam, ir izlemt, vai izmantot N-kanāla vai P-kanāla MOSFET. Tipiskā barošanas lietojumprogrammā, kad MOSFET ir pievienots zemei un slodze ir pievienota tīkla spriegumam, MOSFET veido zemās puses slēdzi. Zemās puses slēdzī ir jāizmanto N-kanālu MOSFET, ņemot vērā ierīces izslēgšanai vai ieslēgšanai nepieciešamo spriegumu. Kad MOSFET ir savienots ar kopni un slodze uz zemi, tiek izmantots augšējās puses slēdzis. Šajā topoloģijā parasti tiek izmantoti P-kanāla MOSFET, kas ir arī sprieguma piedziņas apsvērumu dēļ. Lai izvēlētos piemērotāko ierīci savam lietojumam, jums ir jānosaka ierīces darbināšanai nepieciešamais spriegums un vienkāršākais veids, kā to izdarīt savā dizainā. Nākamais solis ir noteikt nepieciešamo spriegumu jeb maksimālo spriegumu, ko ierīce var izturēt. Jo augstāks ir spriegums, jo augstākas ir ierīces izmaksas. Saskaņā ar praktisko pieredzi nominālajam spriegumam jābūt lielākam par tīkla vai kopnes spriegumu. Tas nodrošinās pietiekamu aizsardzību, lai MOSFET neizdosies. Izvēloties MOSFET, ir jānosaka maksimālais spriegums, ko var pieļaut no kanalizācijas līdz avotam, tas ir, maksimālais VDS. Ir svarīgi zināt, ka maksimālais MOSFET spriegums var izturēt temperatūras izmaiņas. Projektētājiem jāpārbauda sprieguma svārstības visā darba temperatūras diapazonā. Nominālajam spriegumam jābūt pietiekamam rezervei, lai segtu šo izmaiņu diapazonu, lai nodrošinātu, ka ķēde neizdosies. Citi drošības faktori, kas projektēšanas inženieriem jāņem vērā, ir sprieguma pārejas, ko izraisa pārslēgšanas elektronika, piemēram, motori vai transformatori. Nominālais spriegums dažādiem lietojumiem ir atšķirīgs; parasti 20 V portatīvajām ierīcēm, 20–30 V FPGA barošanas avotiem un 450–600 V 85–220 V maiņstrāvas lietojumprogrammām.
2. darbība: nosakiet nominālo strāvu
Otrais solis ir izvēlēties pašreizējo MOSFET reitingu. Atkarībā no ķēdes konfigurācijas šai nominālajai strāvai jābūt maksimālajai strāvai, ko slodze var izturēt jebkuros apstākļos. Līdzīgi kā sprieguma situācijā, projektētājam ir jānodrošina, ka izvēlētais MOSFET var izturēt šo strāvas nominālu pat tad, ja sistēma rada strāvas lēcienus. Aplūkotie divi pašreizējie apstākļi ir nepārtraukts režīms un impulsa smaile. Nepārtrauktas vadīšanas režīmā MOSFET ir līdzsvara stāvoklī, kur strāva nepārtraukti plūst caur ierīci. Impulsa smaile attiecas uz lielu pārspriegumu (vai smailes strāvu), kas plūst caur ierīci. Kad ir noteikta maksimālā strāva šajos apstākļos, ir vienkārši jāizvēlas ierīce, kas spēj apstrādāt šo maksimālo strāvu. Pēc nominālās strāvas izvēles jāaprēķina arī vadītspējas zudumi. Faktiskās situācijās MOSFET nav ideāla ierīce, jo vadīšanas procesā rodas elektriskās enerģijas zudumi, ko sauc par vadītspējas zudumiem. MOSFET darbojas kā mainīgs rezistors, kad tas ir "ieslēgts", ko nosaka ierīces RDS(ON) un ievērojami mainās līdz ar temperatūru. Ierīces jaudas zudumu var aprēķināt ar Iload2×RDS(ON). Tā kā ieslēgšanas pretestība mainās līdz ar temperatūru, proporcionāli mainīsies arī jaudas zudumi. Jo augstāks ir MOSFET VGS spriegums, jo mazāks būs RDS(ON); otrādi, jo augstāks būs RDS(ON). Sistēmas izstrādātājam šeit rodas kompromisi atkarībā no sistēmas sprieguma. Pārnēsājamiem modeļiem ir vieglāk (un biežāk) izmantot zemāku spriegumu, savukārt rūpnieciskiem dizainiem var izmantot augstāku spriegumu. Ņemiet vērā, ka RDS(ON) pretestība nedaudz palielināsies līdz ar strāvu. Izmaiņas dažādos RDS(ON) rezistora elektriskajos parametros ir atrodamas ražotāja sniegtajā tehnisko datu lapā. Tehnoloģijai ir būtiska ietekme uz ierīces raksturlielumiem, jo dažām tehnoloģijām ir tendence palielināt RDS(ON), palielinot maksimālo VDS. Šādai tehnoloģijai, ja plānojat samazināt VDS un RDS(ON), jums ir jāpalielina mikroshēmas izmērs, tādējādi palielinot atbilstošās pakotnes izmēru un ar to saistītās izstrādes izmaksas. Nozarē ir vairākas tehnoloģijas, kas cenšas kontrolēt mikroshēmas izmēra pieaugumu, no kurām svarīgākās ir kanālu un lādiņu balansēšanas tehnoloģijas. Tranšeju tehnoloģijā plāksnē ir iestrādāta dziļa tranšeja, kas parasti ir paredzēta zemam spriegumam, lai samazinātu RDS(ON) ieslēgšanas pretestību. Lai samazinātu maksimālās VDS ietekmi uz RDS(ON), izstrādes procesā tika izmantots epitaksiālās augšanas kolonnas/kodināšanas kolonnas process. Piemēram, Fairchild Semiconductor ir izstrādājis tehnoloģiju ar nosaukumu SuperFET, kas pievieno papildu ražošanas darbības RDS(ON) samazināšanai. Šī koncentrēšanās uz RDS(ON) ir svarīga, jo, palielinoties standarta MOSFET pārrāvuma spriegumam, RDS(ON) palielinās eksponenciāli un noved pie veidņu izmēra palielināšanās. SuperFET process maina eksponenciālo attiecību starp RDS(ON) un vafeļu izmēru lineārā attiecībā. Tādā veidā SuperFET ierīces var sasniegt ideāli zemu RDS(ON) mazos izmēros, pat ar pārtraukuma spriegumu līdz 600 V. Rezultātā vafeļu izmēru var samazināt līdz pat 35%. Galalietotājiem tas nozīmē būtisku iepakojuma izmēra samazinājumu.
Trešais solis: nosakiet termiskās prasības
Nākamais MOSFET izvēles solis ir sistēmas siltuma prasību aprēķināšana. Dizaineriem ir jāapsver divi dažādi scenāriji — sliktākais scenārijs un reālās pasaules scenārijs. Ieteicams izmantot sliktākā gadījuma aprēķina rezultātu, jo šis rezultāts nodrošina lielāku drošības rezervi un nodrošina, ka sistēma neizdosies. MOSFET datu lapā ir arī daži mērījumu dati, kuriem jāpievērš uzmanība; piemēram, termiskā pretestība starp iesaiņotās ierīces pusvadītāju savienojumu un vidi, kā arī savienojuma maksimālā temperatūra. Ierīces savienojuma temperatūra ir vienāda ar maksimālo apkārtējās vides temperatūru, pieskaitot termiskās pretestības un jaudas izkliedes reizinājumu (savienojuma temperatūra = maksimālā apkārtējās vides temperatūra + [termiskā pretestība × jaudas izkliede]). Saskaņā ar šo vienādojumu var atrisināt sistēmas maksimālo jaudas izkliedi, kas pēc definīcijas ir vienāda ar I2×RDS(ON). Tā kā dizainers ir noteicis maksimālo strāvu, kas iet caur ierīci, RDS(ON) var aprēķināt dažādās temperatūrās. Ir vērts atzīmēt, ka, strādājot ar vienkāršiem termiskiem modeļiem, dizaineriem jāņem vērā arī pusvadītāju savienojuma/ierīces korpusa un korpusa/vides siltuma jauda; tas prasa, lai iespiedshēmas plate un iepakojums nekavējoties nesakarst. Lavīnas pārrāvums nozīmē, ka pusvadītāju ierīces apgrieztais spriegums pārsniedz maksimālo vērtību un veido spēcīgu elektrisko lauku, lai palielinātu strāvu ierīcē. Šī strāva izkliedēs jaudu, paaugstinās ierīces temperatūru un, iespējams, sabojās ierīci. Pusvadītāju uzņēmumi veiks ierīču lavīnu testēšanu, aprēķinās to lavīnas spriegumu vai pārbaudīs ierīces izturību. Ir divas metodes nominālā lavīnas sprieguma aprēķināšanai; viena ir statistikas metode, bet otra ir termiskais aprēķins. Siltuma aprēķins tiek plaši izmantots, jo tas ir praktiskāks. Daudzi uzņēmumi ir snieguši informāciju par savu ierīču testēšanu. Piemēram, Fairchild Semiconductor nodrošina "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - var lejupielādēt no Fairchild vietnes). Papildus skaitļošanai tehnoloģijām ir arī liela ietekme uz lavīnas efektu. Piemēram, veidņu izmēra palielināšana palielina pretestību lavīnām un galu galā palielina ierīces izturību. Galalietotājiem tas nozīmē lielāku pakešu izmantošanu sistēmā.
4. darbība: nosakiet slēdža veiktspēju
MOSFET izvēles pēdējais solis ir MOSFET pārslēgšanas veiktspējas noteikšana. Ir daudzi parametri, kas ietekmē pārslēgšanās veiktspēju, taču vissvarīgākie ir vārti/notek, vārti/avots un aizplūšanas/avota kapacitāte. Šie kondensatori rada pārslēgšanas zudumus ierīcē, jo tie tiek uzlādēti katru reizi, kad tie pārslēdzas. Tādējādi tiek samazināts MOSFET pārslēgšanās ātrums un arī ierīces efektivitāte. Lai aprēķinātu kopējos zudumus ierīcē pārslēgšanas laikā, projektētājam jāaprēķina zudumi ieslēgšanas laikā (Eon) un zudumi izslēgšanas laikā (Eoff). MOSFET slēdža kopējo jaudu var izteikt ar šādu vienādojumu: Psw=(Eon+Eoff) × pārslēgšanas frekvence. Vārtu uzlādei (Qgd) ir vislielākā ietekme uz pārslēgšanas veiktspēju. Pamatojoties uz pārslēgšanas veiktspējas nozīmi, šīs pārslēgšanas problēmas risināšanai tiek pastāvīgi izstrādātas jaunas tehnoloģijas. Palielinot mikroshēmas izmēru, palielinās vārtu lādiņš; tas palielina ierīces izmēru. Lai samazinātu pārslēgšanas zudumus, ir parādījušās jaunas tehnoloģijas, piemēram, kanāla biezas dibena oksidēšana, kuru mērķis ir samazināt vārtu lādiņu. Piemēram, jaunā tehnoloģija SuperFET var samazināt vadītspējas zudumus un uzlabot pārslēgšanas veiktspēju, samazinot RDS(ON) un vārtu lādiņu (Qg). Tādā veidā MOSFET var tikt galā ar ātrgaitas sprieguma pārejām (dv/dt) un strāvas pārejām (di/dt) pārslēgšanas laikā un var pat droši darboties augstākās pārslēgšanas frekvencēs.
Izlikšanas laiks: 2023. gada 23. oktobris
