Przełącznik boczny wysokiego kanału MOSFET

Usiłuję zmniejszyć rozproszenie mocy przełącznika wysokiej strony MOSFET z kanałem P. Więc moje pytanie brzmi:

• czy jest jakiś sposób na zmodyfikowanie tego obwodu, aby MOSFET kanału P zawsze był „w pełni włączony” (tryb triodowy / omowy) bez względu na obciążenie?

Edycja 1 : Zignoruj ​​mechanizm włączania / wyłączania. Pytanie pozostaje w pewnym sensie takie samo: jak zawsze mogę utrzymać V (sd) najmniejszym możliwym (tryb P-MOSFET w pełni włączony / tryb omowy), niezależnie od obciążenia, aby rozpraszanie mocy MOSFET-u było minimalne.

Edycja 2: Sygnał przełączany jest sygnałem prądu stałego. Zasadniczo obwód zastępuje przycisk przełącznika.

Edycja 3: Napięcie przełączane 30 V, maks. Prąd przełączany 5 A.

Znajomość przełączanego napięcia i maksymalnego prądu znacznie poprawiłoby dostępną jakość odpowiedzi.

Poniższe MOSFETY zawierają przykłady urządzeń, które zaspokoją Twoje potrzeby przy niskim napięciu (powiedzmy 10-20 V) przy prądach wyższych niż w większości przypadków byłyby przełączane.

Obwód podstawowy nie musi być modyfikowany - należy go używać tak, jak w przypadku odpowiedniego FET - jak poniżej.

W stanie ustalonym w trybie włączenia „problem” można łatwo rozwiązać.

• Dany MOSFET będzie miał dobrze określoną rezystancję przy danym napięciu napędu bramki. Opór zmienia się wraz z temperaturą, ale zwykle o mniej niż 2: 1.

• Dla danego MOSFET-u można zwykle zmniejszyć rezystancję poprzez zwiększenie napięcia napędu bramki, aż do maksymalnego dopuszczalnego dla MOSFET-u.

• Dla danego prądu obciążenia i napięcia napędu bramki można wybrać MOSFET o najniższej dostępnej rezystancji stanu.

• Możesz dostać MOSFETY z Rdson w zakresie od 5 do 50 miliohmów przy prądach do 10A przy rozsądnych kosztach. Możesz uzyskać podobny do 50A przy rosnących kosztach.

Przykłady:

W przypadku braku dobrych informacji poczynię pewne założenia. Można je poprawić, podając rzeczywiste dane.

Załóżmy, że 12V ma być przełączane przy 10A. Moc = V x I = 120 watów.
Przy wartości Rdson wynoszącej 50 miliomów rozproszenie mocy w MOSFET będzie wynosić I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Watów = 5/120 lub około 4% mocy obciążenia.
Potrzebny byłby radiator do prawie każdej paczki.
Przy 5 miliomachach Rdson rozpraszanie na gorąco wynosiłoby 0,5 wata. i 0,4% mocy obciążenia.
TO220 w nieruchomym powietrzu poradziłby sobie z tym OK.
DPak / TO252 SMD z minimalną miedzią PCB poradziłby sobie z tym OK.

Jako przykład SMD MOSFET, który działałby dobrze.
Najlepszy przypadek Rdson 2,6 miliohm. Powiedz około 5 miliomów w praktyce. Napięcie znamionowe 30 V, 60 A. 1 USD objętości. Prawdopodobnie kilka dolarów za 1. Nigdy nie użyłbyś 60A - to limit pakietu.
Przy 10 A jest to rozpraszanie 500 mW, jak wyżej.
Dane termiczne są trochę niepewne, ale brzmią jak połączenie 54 C / W z otoczeniem w stanie ustalonym 1 "x 1" FR4 PCB.
Tak więc wzrost o około 0,5 W x 54 C / W = 27 C. Powiedz 30 ° C. W obudowie otrzymasz temperaturę złącza wynoszącą może 70-80 stopni. Nawet w Dolinie Śmierci w środku lata powinno być OK. [Ostrzeżenie: NIE zamykaj drzwi toalety w Zabriski Point w środku lata !!!!] [Nawet jeśli jesteś kobietą i do diabła ”

Arkusz danych AN821 dołączony do arkusza danych - Doskonały papier na problemy termiczne SO8

Za 1,77 USD / 1 dostajesz dość ładne urządzenie TO263 / DPak.
Arkusz danych tutaj zawiera mini NDA! Ograniczone przez NDA - przeczytaj sam.
30 V, 90 A, 62 K / W z minimalną miedzią i 40 K / W z szeptem. To niesamowity MOSFET w tego typu aplikacjach.
Poniżej 5 miliomów osiągalnych przy wielu 10 wzmacniaczach. Jeśli miałbyś dostęp do faktycznej matrycy, mógłbyś uruchomić mały samochód za pomocą tego przełącznika silnika rozrusznika (podanego na wykresach jako 360A), ALE druty łączące mają moc 90A. tzn. MOSFET w środku znacznie przekracza możliwości pakietu.
Na przykład moc 30 A = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0,003 = 2,7 W.
0,003 oma wydaje się sprawiedliwe po spojrzeniu na arkusz danych.

Obciążenie nie jest głównym problemem dla utrzymania Rds na możliwie najniższym poziomie, to Vgs, na których musisz się skoncentrować.
Dla PMOS im niższe napięcie bramki, tym niższe Rds (jak wskazuje Russell, wyższe bezwzględne Vgs). Oznacza to, że w tym przypadku najniższy punkt sygnałów wejściowych spowoduje najwyższy Rds (jeśli jest to sygnał AC)

Dlatego przychodzą mi na myśl 4 opcje:

1. Obniż napięcie bramki (zwiększ absolutne Vgs) tak bardzo, jak to możliwe (oczywiście pozostając w zakresie specyfikacji)

2. Podnieś poziom DC sygnału (lub zmniejsz wahanie pk-pk)

3. Użyj 4-odprowadzeniowego MOSFET (aby można było polaryzować podłoże oddzielnie od źródła), aby napięcie sygnału nie wpłynęło na Rds.

4. Oczywisty, który pasuje do wszystkich powyższych - użyj MOSFET o bardzo niskiej Vth / Rds

5. Jeśli jest to opcja, użycie drugiego MOSFETU równolegle zmniejszy całkowity opór o połowę, więc rozpraszanie mocy jest o połowę mniejsze. Oznacza to, że rozpraszanie mocy dla każdego pojedynczego MOSFET-u wynosi 0,25 jednej wersji MOSFET-u. Zakłada to idealne dopasowanie Rds (tranzystory MOSFET mają dodatnie tempco, a komponenty z tej samej partii będą dość blisko, więc będzie blisko). To by miało dużą różnicę, więc może być warte dodatkowej przestrzeni / kosztu.

Aby pokazać, jak Rds zmienia się w zależności od sygnału wejściowego, spójrz na ten obwód:

Symulacja:

Zielony ślad to sygnał wejściowy, a niebieski ślad to MOSFET Rds. Widzimy, że gdy napięcie sygnału wejściowego spada, Rds rośnie - bardzo gwałtownie poniżej Vgs ~ 1V (napięcie progowe dla tego MOSFETu prawdopodobnie jest na tym poziomie)
Należy pamiętać, że napięcie to tylko niewielki spadek na początku zakrętu MOSFET- poza; dzieje się to bardzo szybko, nawet kolejne kilka miliwoltów wytworzyłoby znacznie wyższe Rds.

Ta symulacja pokazuje, że gdy MOSFET jest w pełni włączony, obciążenie powinno mieć bardzo niewielki wpływ:

Oś X to rezystancja obciążenia (R_load), a niebieski ślad to MOSFET Rds w zakresie od 1Ω do 10kΩ. Widzimy, że Rds zmienia się o mniej niż 1 mΩ (podejrzewam, że ostre przejścia są po prostu SPICE, ale średnia wartość powinna być dość niezawodna) Napięcie bramki wynosiło 0 V, a napięcie wejściowe 3 V DC.