Pemilihan Tabung Pengalih Paket MOSFET dan Diagram Sirkuit

Langkah pertama adalah membuat pilihanMOSFET, yang hadir dalam dua tipe utama: saluran-N dan saluran-P. Dalam sistem tenaga listrik, MOSFET dapat dianggap sebagai saklar listrik. Ketika tegangan positif ditambahkan antara gerbang dan sumber MOSFET saluran-N, saklarnya akan bekerja. Selama konduksi, arus dapat mengalir melalui saklar dari saluran ke sumber. Terdapat resistansi internal antara saluran dan sumber yang disebut RDS(ON) resistansi aktif. Harus jelas bahwa gerbang MOSFET adalah terminal impedansi tinggi, sehingga tegangan selalu ditambahkan ke gerbang. Ini adalah resistansi terhadap ground yang dihubungkan dengan gerbang dalam diagram sirkuit yang disajikan nanti. Jika gerbang dibiarkan menjuntai, perangkat tidak akan beroperasi sesuai desain dan dapat hidup atau mati pada saat yang tidak tepat, sehingga berpotensi mengakibatkan hilangnya daya pada sistem. Ketika tegangan antara sumber dan gerbang nol, saklar mati dan arus berhenti mengalir melalui perangkat. Meskipun perangkat dimatikan pada saat ini, masih terdapat arus kecil, yang disebut arus bocor, atau IDSS.

 

 

Langkah 1: Pilih saluran-N atau saluran-P

Langkah pertama dalam memilih perangkat yang tepat untuk suatu desain adalah memutuskan apakah akan menggunakan MOSFET saluran-N atau saluran-P. dalam aplikasi daya pada umumnya, ketika MOSFET dibumikan dan beban dihubungkan ke tegangan trunk, MOSFET tersebut merupakan saklar samping tegangan rendah. Dalam saklar samping tegangan rendah, saluran-NMOSFETharus digunakan karena pertimbangan volumetage diperlukan untuk mematikan atau menghidupkan perangkat. Ketika MOSFET dihubungkan ke bus dan beban dibumikan, sakelar samping tegangan tinggi akan digunakan. MOSFET saluran-P biasanya digunakan dalam topologi ini, sekali lagi untuk pertimbangan penggerak tegangan.

Langkah 2: Tentukan peringkat saat ini

Langkah kedua adalah memilih rating MOSFET saat ini. Tergantung pada struktur rangkaian, nilai arus ini harus merupakan arus maksimum yang dapat ditahan oleh beban dalam segala keadaan. Mirip dengan kasus tegangan, perancang harus memastikan bahwa MOSFET yang dipilih dapat menahan nilai arus ini, bahkan ketika sistem menghasilkan arus lonjakan. Dua kasus yang dipertimbangkan saat ini adalah mode kontinu dan lonjakan pulsa. Parameter ini didasarkan pada DATASHEET tabung FDN304P sebagai referensi dan parameternya ditunjukkan pada gambar:

 

 

 

Dalam mode konduksi kontinu, MOSFET berada dalam kondisi stabil, ketika arus mengalir terus menerus melalui perangkat. Lonjakan pulsa terjadi ketika ada lonjakan (atau lonjakan arus) dalam jumlah besar yang mengalir melalui perangkat. Setelah arus maksimum dalam kondisi ini ditentukan, tinggal memilih perangkat yang dapat menahan arus maksimum ini.

Setelah memilih arus pengenal, Anda juga harus menghitung kerugian konduksi. Dalam praktiknya,MOSFETbukanlah alat yang ideal, karena pada proses konduktif akan terjadi rugi-rugi daya yang disebut rugi konduksi. MOSFET dalam keadaan "on" seperti resistansi variabel, ditentukan oleh RDS perangkat (ON), dan dengan suhu dan perubahan signifikan. Disipasi daya perangkat dapat dihitung dari Iload2 x RDS(ON), dan karena resistansi aktif bervariasi menurut suhu, disipasi daya bervariasi secara proporsional. Semakin tinggi tegangan VGS yang diterapkan pada MOSFET, semakin kecil RDS(ON); sebaliknya semakin tinggi RDS(ON)nya. Bagi perancang sistem, di sinilah pengorbanan tergantung pada tegangan sistem. Untuk desain portabel, lebih mudah (dan lebih umum) menggunakan tegangan rendah, sedangkan untuk desain industri, tegangan lebih tinggi dapat digunakan. Perhatikan bahwa resistansi RDS(ON) sedikit meningkat seiring dengan arus. Variasi dalam berbagai parameter kelistrikan resistor RDS(ON) dapat ditemukan di lembar data teknis yang disediakan oleh pabrikan.

 

 

 

Langkah 3: Tentukan Persyaratan Termal

Langkah selanjutnya dalam memilih MOSFET adalah menghitung kebutuhan termal sistem. Perancang harus mempertimbangkan dua skenario berbeda, kasus terburuk dan kasus sebenarnya. Perhitungan untuk skenario terburuk direkomendasikan karena hasil ini memberikan margin keamanan yang lebih besar dan memastikan bahwa sistem tidak akan gagal. Ada juga beberapa pengukuran yang perlu diperhatikan pada lembar data MOSFET; seperti ketahanan termal antara sambungan semikonduktor perangkat yang dikemas dan lingkungan, dan suhu sambungan maksimum.

 

Suhu sambungan perangkat sama dengan suhu lingkungan maksimum ditambah produk ketahanan termal dan disipasi daya (suhu sambungan = suhu lingkungan maksimum + [tahanan termal × disipasi daya]). Dari persamaan ini dapat diselesaikan disipasi daya maksimum sistem, yang menurut definisinya sama dengan I2 x RDS(ON). Karena personel telah menentukan arus maksimum yang akan melewati perangkat, RDS(ON) dapat dihitung untuk suhu yang berbeda. Penting untuk dicatat bahwa ketika menangani model termal sederhana, perancang juga harus mempertimbangkan kapasitas panas sambungan semikonduktor/kotak perangkat dan kotak/lingkungan; yaitu, papan sirkuit tercetak dan paketnya harus tidak segera dipanaskan.

Biasanya pada PMOSFET akan terdapat dioda parasit, fungsi dioda adalah untuk mencegah terjadinya hubungan balik sumber-saluran, untuk PMOS kelebihannya dibandingkan NMOS adalah tegangan penyalaannya bisa 0, dan beda tegangan antara Tegangan DS tidak banyak, sedangkan NMOS pada kondisi mengharuskan VGS lebih besar dari ambang batas, yang akan menyebabkan tegangan kontrol pasti lebih besar dari tegangan yang diperlukan, dan akan terjadi masalah yang tidak perlu. PMOS dipilih sebagai saklar kontrol untuk dua aplikasi berikut:

 

Suhu sambungan perangkat sama dengan suhu lingkungan maksimum ditambah produk ketahanan termal dan disipasi daya (suhu sambungan = suhu lingkungan maksimum + [tahanan termal × disipasi daya]). Dari persamaan ini dapat diselesaikan disipasi daya maksimum sistem, yang menurut definisinya sama dengan I2 x RDS(ON). Karena perancang telah menentukan arus maksimum yang akan melewati perangkat, RDS(ON) dapat dihitung untuk suhu yang berbeda. Penting untuk dicatat bahwa ketika menangani model termal sederhana, perancang juga harus mempertimbangkan kapasitas panas sambungan semikonduktor/kotak perangkat dan kotak/lingkungan; yaitu, papan sirkuit tercetak dan paketnya harus tidak segera dipanaskan.

Biasanya pada PMOSFET akan terdapat dioda parasit, fungsi dioda adalah untuk mencegah terjadinya hubungan balik sumber-saluran, untuk PMOS kelebihannya dibandingkan NMOS adalah tegangan penyalaannya bisa 0, dan beda tegangan antara Tegangan DS tidak banyak, sedangkan NMOS pada kondisi mengharuskan VGS lebih besar dari ambang batas, yang akan menyebabkan tegangan kontrol pasti lebih besar dari tegangan yang diperlukan, dan akan terjadi masalah yang tidak perlu. PMOS dipilih sebagai saklar kontrol untuk dua aplikasi berikut:

Melihat rangkaian ini, sinyal kontrol PGC mengontrol apakah V4.2 menyuplai daya ke P_GPRS atau tidak. Rangkaian ini, terminal sumber dan saluran pembuangan tidak terhubung ke sebaliknya, R110 dan R113 ada dalam arti bahwa arus gerbang kendali R110 tidak terlalu besar, R113 mengendalikan gerbang normal, R113 pull-up ke tinggi, seperti pada PMOS , tetapi juga dapat dilihat sebagai pull-up pada sinyal kontrol, ketika pin internal MCU dan pull-up, yaitu keluaran saluran terbuka ketika keluaran saluran terbuka, dan tidak dapat menggerakkan PMOS mati, pada saat ini perlu diberikan tegangan eksternal pull-up, sehingga resistor R113 berperan dua. Dibutuhkan tegangan eksternal untuk memberikan pull-up, sehingga resistor R113 memainkan dua peran. r110 bisa lebih kecil, sampai 100 ohm juga bisa.