Переключатель верхнего плеча P-Channel MOSFET

Знание переключаемого напряжения и максимального тока значительно улучшит доступное качество ответа.

МОП-транзисторы ниже дают примеры устройств, которые удовлетворят ваши потребности при низком напряжении (скажем, 10-20 В) при токах выше, чем вы будете переключать в большинстве случаев.

Базовую схему изменять не нужно — используйте ее как есть с подходящим полевым транзистором — как показано ниже.

В установившемся режиме «проблема» решается легко.

• Данный полевой МОП-транзистор будет иметь четко определенное сопротивление при заданном напряжении управления затвором. Это сопротивление изменяется с температурой, но обычно менее чем 2:1.

• Для данного полевого МОП-транзистора обычно можно уменьшить сопротивление, увеличив напряжение управления затвором до максимально допустимого для МОП-транзистора.

• Для данного тока нагрузки и напряжения управления затвором вы можете выбрать полевой МОП-транзистор с наименьшим сопротивлением в открытом состоянии, которое вы можете себе позволить.

• Вы можете получить МОП-транзисторы с Rdson в диапазоне от 5 до 50 мОм при токах до 10 А по разумной цене. Вы можете получить аналогичный, скажем, до 50 А по более высокой цене.

Примеры:

В отсутствие хорошей информации я сделаю некоторые предположения. Их можно улучшить, предоставив фактические данные.

Предположим, что 12 В должны быть переключены на 10 А. Мощность = V x I = 120 Вт.
При сопротивлении Rdson 50 мОм рассеиваемая мощность в МОП-транзисторе составит I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Вт = 5/120 или около 4% мощности нагрузки.
Вам понадобится радиатор практически на любой упаковке.
При 5 мОм тепловыделение Rdson составит 0,5 Вт. и 0,4% от мощности нагрузки.
TO220 в неподвижном воздухе справится с этим нормально.
DPak / TO252 SMD с минимальным количеством меди на печатной плате справится с этим.

В качестве примера SMD MOSFET, который будет работать хорошо.
2,6 мОм Rdson в лучшем случае. Скажем около 5 мОм на практике. 30В, 60А номинал. 1 доллар в объеме. Вероятно, несколько долларов в единицах. Вы бы никогда не использовали 60А - это ограничение пакета.
При 10А это рассеивание 500 мВт, как указано выше.
Температурные данные немного неопределенны, но похоже, что переход 54 C/Вт к окружающей среде на печатной плате FR4 размером 1 x 1 дюйм в установившемся режиме.
Таким образом, около 0,5 Вт x 54 °C/Вт = 27 °C. Скажем 30С. В корпусе вы получите температуру перехода, может быть, 70-80 градусов. Даже в Долине Смерти в середине лета все должно быть в порядке. [Предупреждение: НЕ закрывайте дверь туалета в Забриски-Пойнт в середине лета !!!!][Даже если вы женщина и Ад'

Технический паспорт AN821, приложенный к техническому описанию - Отличная статья по тепловым проблемам SO8

За $1,77/1 вы получаете неплохое устройство TO263/DPak.
Техническое описание, приведенное здесь, включает мини-неразглашение! Ограничено NDA - читайте сами.
30В, 90А, 62К/Вт с минимумом меди и 40кВт с шепотом. Это потрясающий МОП-транзистор для такого типа приложений.
Менее 5 мОм достижимо при многих десятках ампер. Если бы вы могли получить доступ к фактической матрице, вы могли бы запустить небольшую машину, используя ее в качестве выключателя стартера (на графиках указано 360 А), НО провода рассчитаны на 90 А. т.е. внутренний МОП-транзистор значительно превышает возможности пакета.
Скажем, мощность 30 А = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0,003 = 2,7 Вт.
0,003 Ом кажется справедливым после просмотра таблицы данных.

Нагрузка не является основной проблемой для удержания Rds на как можно более низком уровне, вам нужно сосредоточиться на Vgs.
Для PMOS чем ниже напряжение затвора, тем ниже Rds (как указывает Рассел, выше абсолютное Vgs). Это означает, что в этом случае самая низкая точка входных сигналов вызовет самые высокие Rds (если это сигнал переменного тока).

Итак, на ум приходят 4 варианта:

1. Снизьте напряжение затвора (увеличьте абсолютное значение Vgs) как можно больше (конечно, оставаясь в пределах спецификаций)

2. Увеличьте уровень постоянного тока сигнала (или уменьшите размах пик-пик)

3. Используйте MOSFET с 4 выводами (чтобы вы могли смещать подложку отдельно от источника), чтобы напряжение сигнала не влияло на Rds.

4. Очевидный вариант, который сочетается со всем вышеперечисленным — используйте полевой МОП-транзистор с очень низким значением Vth/Rds.

5. Если это возможно, параллельное использование второго МОП-транзистора уменьшит общее сопротивление вдвое, поэтому рассеиваемая мощность уменьшится вдвое. Это означает, что рассеиваемая мощность каждого отдельного МОП-транзистора составляет 0,25 от мощности одной версии МОП-транзистора. Это предполагает идеальное соответствие Rds (МОП-транзисторы имеют положительный темп, и компоненты из одной партии будут довольно близки, поэтому они будут близки). Это будет иметь большое значение, поэтому может стоить дополнительного места / стоимости.

Чтобы показать, как Rds зависит от входного сигнала, взгляните на эту схему:

Моделирование:

Зеленая кривая — входной сигнал, а синяя — Rds MOSFET. Мы можем видеть, как напряжение входного сигнала падает, Rds растет - очень резко ниже Vgs ~ 1 В (пороговое напряжение для этого MOSFET, вероятно, находится примерно на этом уровне)
. Обратите внимание, что напряжение падает лишь незначительно в начале поворота MOSFET выключенный; это происходит очень быстро, даже несколько милливольт дадут значительно более высокие значения Rd.

Это моделирование показывает, что когда MOSFET включен полностью, нагрузка должна иметь очень небольшой эффект:

Ось X — это сопротивление нагрузки (R_load), а синяя кривая — Rds MOSFET в диапазоне от 1 Ом до 10 кОм. Мы можем видеть, что Rds изменяется менее чем на 1 мОм (я подозреваю, что резкие переходы - это просто SPICE, но среднее значение должно быть достаточно надежным). Напряжение затвора было 0 В, а входное напряжение было 3 В постоянного тока.