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電界効果トランジスタを選択するための6つのヒント

Jun 22, 2022

1.チャネルタイプ

優れた電界効果トランジスタデバイスを選択するための最初のステップは、NチャネルまたはPチャネルの電界効果トランジスタを使用するかどうかを決定することです。 一般的な電力アプリケーションでは、電界効果トランジスタが接地され、負荷がトランク電圧に接続されている場合、電界効果トランジスタは低電圧サイドスイッチを構成します。 低電圧側スイッチでは、デバイスの電源をオフまたはオンにするために必要な電圧を考慮するため、Nチャネル電界効果トランジスタを使用する必要があります。 電界効果トランジスタをバスと負荷接地に接続する場合は、高電圧側スイッチを使用する必要があります。 このトポロジーでは通常、Pチャネル電界効果トランジスタが使用されますが、これも電圧駆動を考慮しているためです。

2.定格電圧

必要な定格電圧、またはデバイスが耐えられる最大電圧を決定します。 定格電圧が大きいほど、デバイスのコストは高くなります。 実際の経験によれば、定格電圧は幹線電圧または母線電圧よりも大きくする必要があります。 これにより、FETが故障しないように十分な保護が提供されます。

FETの選択に関しては、ドレインからソースまで耐えられる最大電圧、つまり最大VDSを決定することが重要です。 FETが耐えることができる最大電圧は温度によって変化することを知っておくことが重要です。 動作温度範囲全体にわたって電圧変動の範囲をテストする必要があります。 定格電圧には、回路が故障しないように、この変動範囲をカバーするのに十分なマージンが必要です。 考慮すべきその他の安全率には、スイッチング電子機器(モーターや変圧器など)によって引き起こされる過渡電圧が含まれます。 定格電圧はアプリケーションごとに異なります。 通常、ポータブルデバイスの場合は20V、FPGA電源の場合は20〜30V、85〜220VACアプリケーションの場合は450〜600Vです。

3.定格電流

定格電流は、すべての場合に負荷が耐えられる最大電流である必要があります。 電圧の場合と同様に、システムがスパイク電流を生成する場合でも、選択した電界効果トランジスタがこの定格電流に耐えられることを確認してください。 現在検討されている2つのケースは、連続モードとパルススパイクです。 連続導通モードでは、電流がデバイスを連続的に通過しているとき、電界効果トランジスタは定常状態にあります。 パルススパイクとは、デバイスに大きな突入電流(またはスパイク電流)が流れる場合です。 これらの条件下での最大電流が決定されると、この最大電流に耐えることができるデバイスを直接選択するだけで済みます。

4.伝導損失

実際には、電界効果トランジスタは理想的なデバイスではありません。これは、伝導プロセスで電気エネルギー損失が発生するためです。これは、伝導損失と呼ばれます。 デバイスのRDS(ON)によって、可変抵抗のように「オン」になっている電界効果トランジスタが、温度と大幅な変化によって決定されます。 デバイスの消費電力はIload2×RDS(ON)で計算でき、オン抵抗は温度によって変化するため、消費電力も比例して変化します。 電界効果トランジスタに印加される電圧VGSが高いほど、RDS(ON)は小さくなります。 逆に、RDS(ON)は高くなります。 RDS(ON)抵抗は電流とともにわずかに上昇することに注意してください。 RDS(ON)抵抗のさまざまな電気的パラメータのバリエーションは、製造元から提供された技術データシートに記載されています。

5.システムの熱放散

最悪の場合と実際の場合の2つの異なるシナリオを考慮する必要があります。 最悪の場合の計算を使用することをお勧めします。これにより、安全性のマージンが大きくなり、システムに障害が発生しないことが保証されます。 FETデータシートに注意すべきいくつかの測定値もあります。 デバイスの接合部温度は、最大周囲温度に熱抵抗と消費電力の積を加えたものに等しくなります(接合部温度=最大周囲温度に[熱抵抗x消費電力]を加えたもの)。 この式によれば、システムの最大消費電力を解くことができます。これは、定義上、I2×RDS(ON)に等しくなります。 すでにデバイスの最大電流を流したいので、さまざまな温度でRDS(ON)を計算できます。 さらに、ボードとその電界効果トランジスタの放熱を行う必要があります。

アバランシェ降伏は、半導体デバイスの逆電圧が最大値を超え、デバイスの電流を増加させるために強い電界が形成される場合です。 ウェーハサイズを大きくすると、なだれ抵抗が改善され、最終的にはデバイスの堅牢性が向上します。 したがって、より大きなパッケージを選択すると、雪崩を効果的に防ぐことができます。

6.スイッチング性能

スイッチング性能に影響を与える多くのパラメータがありますが、最も重要なものはゲート/ドレイン、ゲート/ソース、およびドレイン/ソース容量です。 これらの容量は、各スイッチで充電する必要があるため、デバイスでスイッチング損失を発生させます。 したがって、電界効果トランジスタのスイッチング速度が低下し、デバイスの効率が低下します。 スイッチング中の合計デバイス損失を計算するために、ターンオン中の損失(Eon)とターンオフ中の損失(Eoff)が計算されます。 FETスイッチの総電力は次の式で表すことができます:Psw =(Eon + Eoff)×スイッチング周波数。 また、ゲート電荷(Qgd)はスイッチング性能に最大の影響を及ぼします。

ND2+N8+AOI+IN12C

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