P-Channel MOSFET верхний боковой переключатель

Я пытаюсь уменьшить рассеяние мощности переключателя на стороне высокого уровня MOSFET P-канала. Итак, мой вопрос:

• есть ли способ изменить эту схему так, чтобы MOSFET P-канала всегда был «полностью включен» (триод / омический режим) независимо от нагрузки?

Редактировать 1 : Пожалуйста, игнорируйте механизм включения / выключения. Вопрос остается как-то таким же: как я могу всегда поддерживать V (sd) наименьшим из возможных (P-MOSFET полностью включен / омический режим), независимо от нагрузки, чтобы рассеивание мощности MOSFET было минимальным.

Редактировать 2: коммутируемый сигнал является сигналом постоянного тока. В основном схема заменяет кнопку переключателя.

Правка 3: напряжение переключено 30В, максимальный ток переключен 5А.

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

В приведенных ниже полях MOSFETS приведены примеры устройств, которые удовлетворяли бы вашим потребностям при низком напряжении (скажем, 10-20 В) при токах выше, чем в большинстве случаев.

Базовая схема не нуждается в модификации - используйте ее как есть с подходящим полевым транзистором - как показано ниже.

В установившемся режиме «проблема» легко решается.

• Данный МОП-транзистор будет иметь четко определенное сопротивление при заданном напряжении возбуждения затвора. Это сопротивление будет меняться с температурой, но обычно менее чем 2: 1.

• Для данного полевого МОП-транзистора вы обычно можете уменьшить сопротивление путем увеличения напряжения на затворе до максимально допустимого для полевого МОП-транзистора.

• Для заданного тока нагрузки и напряжения привода затвора вы можете выбрать МОП-транзистор с самым низким сопротивлением в состоянии, которое вы можете себе позволить.

• Вы можете получить МОП-транзисторы с Rdson в диапазоне от 5 до 50 миллиомов при токах до 10А по разумной цене. Вы можете получить подобное, скажем, до 50А при увеличении стоимости.

Примеры:

В отсутствие хорошей информации я сделаю некоторые предположения. Они могут быть улучшены путем предоставления фактических данных.

Предположим, что 12В должно быть переключено на 10А. Мощность = V x I = 120 Вт.
При нагреве по Рдсону в 50 мОм рассеиваемая мощность в MOSFET будет равна I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Вт = 5/120 или около 4% от мощности нагрузки.
Вам понадобится радиатор практически на любой упаковке.
При 5 миллиомах Rdson горячее рассеяние составило бы 0,5 Вт. и 0,4% мощности нагрузки.
ТО220 в неподвижном воздухе справится с этим хорошо.
SMD DPak / TO252 с минимальной медной платой справится с этим.

В качестве примера SMD MOSFET это будет хорошо работать.
2,6 миллиом Ом Rdson в лучшем случае. Скажем, около 5 миллиомов на практике. 30В, 60А номинал. 1 доллар в объеме. Вероятно, несколько долларов в 1. Вы никогда не будете использовать 60А - это ограничение пакета.
При 10А это рассеивание 500 мВт, как указано выше.
Тепловые данные немного неопределенны, но они звучат как соединение 54 C / Вт с температурой окружающей среды на стационарном состоянии 1 "x 1" FR4 PCB.
Таким образом, около 0,5 Вт х 54 ° С / Вт = 27 ° С. Скажи 30С. В корпусе вы получите температуру соединения 70-80 градусов. Даже в Долине Смерти в середине лета все должно быть в порядке. [Предупреждение: НЕ закрывайте дверь в туалет в Забриски Пойнт в середине лета !!!!] [Даже если вы женщина и ад »

Технический паспорт AN821, добавленный в технический паспорт - Отличная статья о проблемах с тепловым воздействием SO8.

За $ 1,77 / 1 вы получаете довольно симпатичное устройство TO263 / DPak.
Лист данных через здесь включает в себя мини NDA! Ограничено NDA - читайте сами.
30 В, 90 А, 62 К / Вт с минимальной медью и 40 К / Вт с шепотом. Это удивительный MOSFET в этом типе приложений.
Менее 5 мОм достижимо на многих 10-х амперах. Если бы вы могли получить доступ к фактической матрице, вы могли бы запустить небольшую машину с этим в качестве переключателя стартера (спецификация до 360A на графиках), НО кабели имеют номинал 90A. т.е. МОП-транзистор внутри значительно превышает возможности пакета.
При мощности 30А = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0,003 = 2,7 Вт.
0,003 Ом кажется удовлетворительным после просмотра таблицы данных.

Нагрузка - не главная проблема для поддержания Rds как можно ниже, это Vgs, на которых вы должны сконцентрироваться.
Для PMOS чем ниже напряжение затвора, тем ниже Rds (как указывает Рассел, выше абсолютные Vgs). Это означает, что в этом случае самая низкая точка входных сигналов будет вызывать самые высокие Rds (если это сигнал переменного тока)

Итак, на ум приходят 4 варианта:

1. Понизьте напряжение затвора (увеличьте абсолютные значения Vgs) настолько, насколько это возможно (оставаясь в пределах спецификации, конечно)

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

3. Используйте 4-выводный МОП-транзистор (чтобы можно было смещать подложку отдельно от источника), чтобы напряжение сигнала не влияло на Rds.

4. Очевидный, который идет со всем вышеупомянутым - используйте MOSFET с очень низким Vth / Rds

5. Если это вариант, параллельное использование второго MOSFET снизит общее сопротивление вдвое, поэтому рассеиваемая мощность уменьшается вдвое. Это означает, что рассеиваемая мощность каждого отдельного MOSFET составляет 0,25 от одной версии MOSFET. Это предполагает идеальное соответствие Rds (MOSFET имеют положительный темп, и компоненты из одной и той же партии будут довольно близки, поэтому они будут близки). Это будет иметь большое значение, поэтому может стоить дополнительного места / стоимости.

Чтобы показать, как Rds изменяется в зависимости от входного сигнала, взгляните на эту схему:

Моделирование:

Зеленая кривая - это входной сигнал, а синяя кривая - это MOSFET Rds. Мы можем видеть, как напряжение входного сигнала падает, Rds повышается - очень резко ниже Vgs ~ 1 В (пороговое напряжение для этого MOSFET, вероятно, находится около этого уровня).
Обратите внимание, что напряжение лишь незначительно падает в начало поворота MOSFET. выкл; это происходит очень быстро, даже еще несколько милливольт дадут значительно более высокое Rds.

Это моделирование показывает, что при полном включении MOSFET нагрузка должна оказывать очень незначительное влияние:

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