P-Kanal MOSFET yüksek yan şalter

Bir P-Kanal MOSFET yüksek yan anahtarın güç kaybını azaltmaya çalışıyorum. Benim sorum şu:

• bu devrenin, yük ne olursa olsun P-Kanal MOSFET'in her zaman "tamamen açık" (triyot / ohm modu) olması için değiştirilebileceği herhangi bir yol var mı?

Düzenleme 1 : Lütfen açma / kapama mekanizmasını dikkate almayın. Soru bir şekilde aynı kalıyor: MOSFET'in güç kaybının asgari olması için yükten bağımsız olarak V (sd) 'yi her zaman mümkün olan en küçük (P-MOSFET tamamen açık / omik mod) tutabilirim.

Edit 2: Anahtarlanan sinyal bir DC sinyalidir. Temel olarak devre bir anahtar düğmesinin yerini alır.

Düzenleme 3: Gerilim anahtarlamalı 30V, maksimum akım anahtarlamalı 5A.

Değiştirilen voltajın ve maksimum akımın bilinmesi mevcut cevap kalitesini büyük ölçüde artıracaktır.

Aşağıdaki MOSFETS, çoğu durumda değiştireceğinizden daha yüksek akımlarda düşük voltajda (örneğin 10-20V) ihtiyacınızı karşılayacak cihazlara örnekler verir.

Temel devrenin değiştirilmesi gerekmez - uygun bir FET ile olduğu gibi kullanın - aşağıdaki gibi.

Sabit modda "sorun" kolayca çözülebilir.

• Belirli bir MOSFET'in belirli bir kapı tahrik voltajındaki direnç üzerinde iyi tanımlanmış olması gerekir. Bu direnç sıcaklıkla değişecektir, ancak genellikle 2: 1'den daha az olacaktır.

• Belirli bir MOSFET için, kapı tahrik voltajını MOSFET için izin verilen maksimum değere kadar artırarak direnci azaltabilirsiniz.

• Belirli bir yük akımı ve geçit sürücü voltajı için karşılayabileceğiniz en düşük durum direncine sahip MOSFET'i seçebilirsiniz.

• Rdson ile MOSFETS'i, 10A'ya kadar olan akımlarda 5 ila 50 miliohm aralığında makul bir maliyetle alabilirsiniz. Artan maliyetle 50A'ya kadar benzerlik elde edebilirsiniz.

Örnekler:

İyi bilginin yokluğunda bazı varsayımlar yapacağım. Bunlar gerçek veriler sağlanarak geliştirilebilir.

12V'un 10A'da değiştirileceğini varsayın. Güç = V x I = 120 Watt.
Rdson sıcaklığı 50 miliohm olduğunda MOSFET'teki güç kaybı I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Watt = 5/120 veya yük gücünün yaklaşık% 4'ü olacaktır.
Hemen hemen her pakette bir soğutucuya ihtiyacınız olacaktır.
5 miliohm'da Rdson sıcak dağılımı 0,5 Watt olacaktır. ve yük gücünün% 0.4'ü.
Durgun havada bir TO220 bunu tamamlar.
Minimum PCB bakırına sahip bir DPak / TO252 SMD bunu tamamlar.

İyi çalışan bir SMD MOSFET örneği.
2.6 milliohms Rdson en iyi durum. Uygulamada yaklaşık 5 miliohm söyleyin. 30V, 60A sınıfı. Hacim $ 1. Muhtemelen birkaç $ 1's. 60A'yı hiç kullanmazsınız - bu bir paket sınırıdır.
10A'da bu, yukarıdaki gibi 500 mW'lık bir dağılmadır.
Termal veriler biraz belirsiz ama 1 "x 1" FR4 PCB sabit durumdayken ortama 54 C / Watt bağlantı gibi geliyor.
Yani yaklaşık 0.5W x 54 C / W = 27C yükselir. 30C deyin. Bir muhafazada, belki 70-80 derecelik bir kavşak sıcaklığı elde edersiniz. Yaz Vadisi'nde Ölüm Vadisinde bile sorun yok. [Uyarı: Yaz ortasında Zabriski Noktası'ndaki tuvaletin kapısını KAPATMAYIN !!!!] [Kadın ve cehennem olsanız bile '

Veri sayfasına AN821 veri sayfası - SO8 termal sorunları hakkında mükemmel kağıt

1,77 $ / 1 için oldukça güzel bir TO263 / DPak cihazı alırsınız.
Buradaki veri sayfası mini bir NDA içerir! NDA ile sınırlı - kendiniz okuyun.
Minimum bakır ile 30v, 90A, 62 K / W ve fısıltı ile 40 k / W. Bu, bu tür uygulamalarda harika bir MOSFET.
5 miliohmun altında birçok amperde ulaşılabilir. Gerçek kalıba erişebildiyseniz, marş motoru anahtarı (grafiklerde 360A'ya göre) olarak küçük bir araba başlatabilirsiniz, ancak bağ telleri 90A olarak derecelendirilmiştir. yani içerideki MOSFET paket kapasitesini fazlasıyla aşıyor.
30A gücünde = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0.003 = 2.7W.
Veri sayfasına baktıktan sonra 0.003 ohm adil görünüyor.

Yük, Rds'leri mümkün olduğunca düşük tutmak için ana sorun değildir, konsantre olmanız gereken Vgs'dir.
Bir PMOS için geçit voltajı, düşük Rds (Russell'ın işaret ettiği gibi, daha yüksek mutlak Vgs). Bu, bu durumda giriş sinyallerinin en düşük noktasının en yüksek Rd'lere neden olacağı anlamına gelir (eğer bir AC sinyali ise)

Akla gelen 4 seçenek var:

1. Kapı voltajını olabildiğince düşürün (mutlak Vgs'yi artırın) (tabii ki teknik özellikler dahilinde kalırken)

2. Sinyalin DC seviyesini yükseltin (veya pk-pk salınımını azaltın)

3. 4 uçlu bir MOSFET kullanın (böylece alt tabakayı kaynaktan ayrı olarak saptırabilirsiniz), böylece sinyal voltajı Rds'ları etkilemez.

4. Yukarıdakilerin hepsiyle birlikte görünen açık olan - çok düşük bir Vth / Rds ile bir MOSFET kullanın

5. Bir seçenekse, paralel olarak ikinci bir MOSFET kullanmak toplam direnci yarı yarıya azaltacaktır, böylece güç kaybı yarıya inecektir. Bu, her bir MOSFET'in güç yayılmasının bir MOSFET versiyonunun 0.25 olduğu anlamına gelir. Bu ideal Rds eşleşmesini varsayar (MOSFET'ler pozitif tempco'ya sahiptir ve aynı partiden bileşenler oldukça yakın olacaktır, bu yüzden yakın olacaktır) Bu büyük bir fark yaratacaktır, bu nedenle ekstra alan / maliyete değebilir.

Rds'nin giriş sinyaliyle nasıl değiştiğini göstermek için bu devreye bir göz atın:

Simülasyon:

Yeşil iz giriş sinyalidir ve mavi iz MOSFET Rds'dir. Giriş sinyali voltajı düştükçe, Rds yükselir - ~ 1V Vgs'nin çok keskin bir şekilde altında (bu MOSFET için eşik voltajı muhtemelen bu seviyenin civarındadır)
Voltajın MOSFET dönüşünün başlangıcına sadece küçük bir yol kat ettiğini unutmayın kapalı; bu çok hızlı bir şekilde gerçekleşir, birkaç milivolt bile daha yüksek Rds üretecektir.

Bu simülasyon, MOSFET tamamen açıldığında yükün çok az etkisi olması gerektiğini gösterir:

X ekseni yük direncidir (R_load) ve mavi iz 1Ω ila 10kΩ aralığındaki MOSFET Rds'dir. Rds'nin 1mΩ'den daha az değiştiğini görebiliriz (keskin geçişlerin sadece SPICE olduğundan şüpheleniyorum, ancak ortalama değer oldukça güvenilir olmalı) Kapı voltajı 0V ve giriş voltajı 3VDC idi.