Алгоритм - Учебный центр
Заполните форму ниже! Мы вам перезвоним!

Нажав на кнопку "Отправить", Я даю своё согласие на автоматизированную обработку указанной информации, распространяющейся на осуществление всех действий с ней, включая сбор, передачу по сетям связи общего назначения, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, обезличивание, блокирование, уничтожение и обработку посредством внесения в электронную базу данных, систематизации, включения в списки и отчетные формы.


MOSFET-транзисторы - электронные ключи импульсных преобразователей напряжения питания.

MOSFET-транзисторы - электронные ключи импульсных преобразователей напряжения питания.

В качестве электронного ключа импульсных преобразователей напряжения питания компонентов материнских плат всегда используется пара полевых n-канальных МОП-транзисторов (MOSFET-транзисторы). Сток одного транзистора (T1, рис. 1) подключен к линии питания 12 В, исток этого транзистора соединен с точкой выхода и стоком другого транзистора (Т2, рис. 1), а исток второго транзистора заземлен (рис. 1). Управляющие сигналы подаются на затворы этих транзисторов.

 

Рис. 1.

Обозначение этого типа транзисторов показано на рис. 2 (также для сокращения числа внешних компонентов в транзистор может быть встроен мощный высокочастотный демпферный диод). MOSFET - это аббревиатура от английского словосочетания Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Металл-Оксидные Полупроводниковые Полевые Транзисторы). Данный класс транзисторов отличается, прежде всего, минимальной мощностью управления при значительной выходной (сотни ватт). Также необходимо отметить чрезвычайно малые значения сопротивления в открытом состоянии (десятые доли ома при выходном токе в десятки ампер), а следовательно, минимальную мощность, выделяющуюся на транзисторе в виде тепла.

 

Рис. 2. Обозначение MOSFET транзисторов (G - затвор, D - сток, S - исток): а - обозначение N-канального транзистора; б - обозначение Р-канального транзистора.

К неоспоримым преимуществам MOSFET транзисторов перед биполярными можно отнести следующие:

- минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току обеспечивает простоту схем управления (есть даже разновидность MOSFET, управляемых логическими уровнями);

- большая скорость переключения (при этом минимальны задержки выключения, обеспечивается широкая область безопасной работы);

- возможность простого параллельного включения транзисторов для увеличения выходной мощности;

- устойчивость транзисторов к большим импульсам напряжения (dv/dt).

Данные приборы находят широкое применение и в устройствах управления мощной нагрузкой, импульсных источниках питания (до 1000 В).

MOSFETс N-каналом наиболее популярны для коммутации силовых цепей. Напряжение управления или напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET, должно превышать порог UT 4 В, фактически необходимо 10-12 В для надежного включения MOSFET. Снижение напряжения управления до нижнего порога UT приведет к выключению MOSFET. Силовые MOSFET выпускают различные производители:

- HEXFET (фирма NATIONAL);

- VMOS (фирма PHILLIPS);

- SIPMOS (фирма SIEMENS).

Эквивалентная цепь MOSFET показана на рис. 3. Два емкостных сопротивления между затвором и истоком, затвором и стоком приводят к задержке переключения, если драйвер не может поддерживать большой ток включения. Еще одно емкостное сопротивление транзистора находится между стоком и истоком, но из-за внутренней структуры транзистора шунтируется паразитным диодом, образованным между стоком и истоком. К сожалению, паразитный диод не быстродействующий и его не следует принимать во внимание, а для ускорения переключения вводится дополнительный шунтирующий диод.

 

Рис. 3. Схема замещения MOSFET: а - первый вариант эквивалентной схемы; б - второй вариант эквивалентной схемы с замещением транзистора диодом; в - внутренняя структура, соответствующая первому варианту.

Рассмотрим основные характеристики силовых транзисторов MOSFET.

Максимальное напряжение "сток-исток", UDS - максимальное мгновенное рабочее напряжение.

Продолжительный ток стока, ID - максимальный ток, который может проводить MOSFET, обусловленный температурой перехода.

Максимальный импульсный ток стока, IDM - больше, чем ID и определен для импульса заданной длительности и рабочего цикла.

Максимальное напряжение "затвор-исток" age, UGS - максимальное напряжение, которое может быть приложено между затвором и истоком без повреждения изоляции затвора.

Кроме того, имеют место: пороговое напряжение затвора, UT {UTH, UGS}; UT - минимальное напряжение затвора, при котором транзистор включается.

Технология силовых транзисторов MOSFET семейства TI DualCool™ NexFET™

обеспечивает:

- охлаждение через верхнюю стенку;

- рассеяние мощности на 80% выше;

- сила тока на 50% больше при стандартной занимаемой площади.

Силовые транзисторы MOSFET семейства DualCool™ NexFET™, которые производит компания Texas Instruments, при стандартном размере корпуса обеспечивают эффективное охлаждение через его верхнюю и нижнюю стенки. Такая конструкция позволяет разработчикам систем питания эффективно отводить тепло от печатных плат в устройствах прямого или переменного тока высокого напряжения. Это дает возможность не только повысить плотность размещения блоков питания, но и расширить диапазон поддерживаемых нагрузок по току и повысить надежность систем.

MOSFET-транзисторы тоже имеют ограничение по максимальном току, который через них можно пропускать. К примеру, для большинства MOSFET-транзисторов, которые используются в регуляторах напряжения материнских плат, ограничение по току составляет 30 A (а в то же время сами процессоры при напряжении питания порядка 1,2 В и энергопотреблении свыше 100 Вт потребляют ток свыше 120 A).

Современные MOSFET-транзисторы имеют ограничение по току не ниже 40 A (а в последнее время наблюдается тенденция перехода на MOSFET-транзисторы с ограничением по току в 75 А). Понятно, что при таких ограничениях по току на каждой фазе волне достаточно применять шесть фаз питания. Такой регулятор напряжения теоретически способен обеспечить ток процессора более 200 А, а следовательно, энергопотребление более 200 Вт. В каждой фазе питания применяются и более мощные силовые MOSFET-транзисторы, например, NTMFS4834N компании On Semiconductor с ограничением по току в 130 A (при таких ограничениях по току сами по себе силовые транзисторы не являются узким местом фазы питания).

Качество электропитания и обеспечение требуемой подводимой мощности – это ключевые факторы для достижения заданной производительности ЦП. Например, система на плате GA-X58A-UD9 оснащена передовой схемой питания, которая способна предоставить в распоряжение процессора до 1500 Вт.

Например, в 24-фазном регуляторе напряжения питания процессора на плате Gigabyte GA-P55-UD6 каждый канал питания образован двумя MOSFET-транзисторами uPA2724UT1A компании NEC (MOSFET-транзисторы uPA2724UT1A (рис. 4) имеют ограничение по постоянному току 29 A).

 

Рис. 4. MOSFET-транзисторы uPA2724UT1A

В качестве ключевых транзисторов часто используются и пара RenesasRJK0393DPA, и RenesasRJK03B7DPA (например, на каждую фазу питания процессора и CPUVTT, а в случае с преобразователем питания встроенного видео применено по одному RJK0393DPA и одному RJK03B7DPA на фазу).

На рис. 5 показаны MOSFET-транзисторы компании Intersil (серии IRF, FET, BUZ), на рис. 6 - MOSFET-транзисторы фирмы Texas Instruments (CSD16321Q5C). На рис. 7 - LowRDS(on) мосфеты K03В7 и K0393 производства Renesas Technology, на рис. 8 - MOSFET-транзисторы NTMFS4834N, на рис. 9 приведен Dual N-Channel 30-V (D-S) MOSFET Si4370DY (Vishay Siliconix).

 

Рис. 5. MOSFET-транзисторы компании Intersil

 

Рис. 6. Texas Instruments MOSFET CSD16321Q5C

 

Рис. 7. LowRDS(on) мосфеты K03В7 и K0393 (RJK0393DPA)

 

Рис. 8. MOSFET-транзисторы NTMFS4834N

 

Рис. 9. Vishay Siliconix Dual N-Channel 30-V (D-S) MOSFET (with Schottky Diode) Si4370DY

 

 


Лицензия