Параметры MOSFET транзисторов
Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.
В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.
Стоит отметить тот факт, что MOSFET’ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.
Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.
Что такое HEXFET транзистор?
В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.
Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова hexagonal – «гексагональный».
Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.
Как видим, он имеет шестиугольную структуру.
Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.
Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала RDS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.
Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:
Схемы коммутации электропитания.
Системы управления электродвигателями.
Усилители низкой частоты.
Ключи для управления мощными нагрузками.
Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT.
Транзисторы HEXFET марки IRLZ44ZS
Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).
Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:
О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице.
Основные параметры полевых транзисторов.
Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:
VDSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.
ID (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, VGS=10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.
RDS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (RDS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.
PD (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.
VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.
VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет закрыт.
На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение VGS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175°C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0°C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min.) и максимальное (max.) пороговое напряжение.
Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.
Предельное напряжение сток-исток (VDSS): 55 Вольт.
Максимальный ток стока (ID): 51 Ампер.
Предельное напряжение затвор-исток (VGS): 16 Вольт.
Сопротивление сток-исток открытого канала (RDS(on)): 13,5 мОм.
Максимальная мощность (PD): 80 Ватт.
Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!
Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.
Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25°C) до 36А (при t=100°C)). Мощность при температуре корпуса 25°C равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.
Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как Ciss (Input Capacitance).
На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.
В схемах переключения время заряда паразитной входной ёмкости транзистора влияет на скорость его срабатывания.
Важные особенности MOSFET транзисторов.
Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества. Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.
При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.
Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не «развязан» от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные «наводки» из электросети.
Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.
Как выбрать mosfet.
1. Для начала надо узнать напряжение цепи в которой будет работать транзистор, это напряжение будет приложено к выводам Drain и Source.
Далее, необходимо отобрать транзисторы параметр Vds(Drain to Source Voltage ) которых минимум в 1.5 — 2 раза выше.
2. Другой не менее важный параметр — это ток, который мы хотим пропустить через транзистор. Максимальное значение тока, который можно пропустить через mosfet определяет параметр Id(Drain Current). Его значение также должно превышать реальный ток в 1.5 — 2 раза. Но это ещё не все, Id, в свою очередь, зависит от температуры.
На графике видно, что с увеличением температуры корпуса ток, который может пропустить через себя транзистор уменьшается. Поэтому реальное значение Id надо выбирать исходя из того, при какой температуре mosfet будет работать.
3.Так как мы собираемся управлять нагрузкой, у нас наверняка должна быть управляющая схема и нам необходимо узнать какое напряжение у неё на выходе. Это напряжение подаётся на вывод, именуемый затвором или gate.
Напряжение на затворе транзистора ограничивают два параметра:
- Vgs(th)(Gate to Source Threshold Voltage) – пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток
- Vgs(Gate to Source Threshold Voltage) — максимальное напряжение затвор-исток
- Rds(on) — Drain to Source On Resistance — сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии
- Rds(on) @ 10 V = 2.5 Ohms
- Rds(on) @ 4.5 V = 3 Ohms
Зная Rds можно найти ток, который потечёт через транзистор, для этого надо к сопротивлению нагрузки прибавить значение Rds и напряжение цепи поделить на получившееся сопротивление.
На этом графике представлена зависимость максимального Id от Vgs, если получившееся при расчётах значение меньше полученного из графика, идём дальше, если нет — ищем способ увеличить напряжение Vgs или другой транзистор.
5.Осталось только разобраться какая мощность будет выделяться на кристалле и способен ли эту мощность рассеять транзистор. И здесь есть один нюанс, обычно в даташите указывают максимальную мощность кристалла при температуре корпуса 25°
MOSFET on Resistance – Rds on mosfet and how to choose it in datasheet
Rds on stands for resistance (R), drain (D), and source (S) means resistance between the drain and source of the mosfet but still it is not clear resistance when. That is why on is used at the end to symbolize that it is resistance when mosfet is on.
when voltage at gate pin is available than Resistance between the drain and source is called mosfet on resistance
when voltage at gate pin is not available than resistance between the drain and source is called Mosfet Rds off or Mosfet off resistance.
Lets understand with an example of what is the Rds in mosfet and how to select it from Onsemi datasheet.
If you see the datasheet of any MOSFET lets say 40V, 300Amps NVBLS0D5N04M8 Onsemi MOSFET, on going through the datasheet you will see two values of on resistance one is typical and other is maximum, the question is which value you should choose for your design to be robust.
when you run 300Amps through the MOSFET its junction temperature will increase because of the power dissipation I^2*R.
So here in the above expression what you see R is on resistance of mosfet.
If you choose the wrong Rds on then you may get wrong power dissipation and FET could probably burn.
The Rds on mentioned below is at 25degC, when the current flows through it Junction temperature (Tj) rises,
Therefore it is recommended to always choose Rds on at maximum Tj which is 175 degC a worst case value in this case.
So at 175 degC for this case is 1.7 then on resistance at 175degC = 1.7*0.57mohm = 0.969mohm, Now as you see the picture is clearly different, so for your designing you should consider Mosfet Rds on as 0.969mohm always.
Conclusion:
So now how to find Rds on at 175degC, first step is to find normalization factor at 175 degC then multiply it with max Rds on.
Что такое нижний RDS (on) МОП-транзистор?»
моя материнская плата Gigabyte GA-MA790XT-UD4P продается с Lower RDS(on) MOSFET . Мне любопытно, что это на самом деле значит.
13.12.2022 4:59 2869
1 ответ
Rds (ds должен быть подстрочным) означает » сопротивление (сток-к-источнику)», сток, где ток идет и источник, откуда он исходит.
МОП-транзисторы обычно используются в качестве лучшей альтернативы силовым транзисторам и используются для коммутации высокого тока.
имея более низкий Rds в основном означает, что меньше энергии будет потеряно через МОП-транзистор в соответствии с законом ом и, говоря, что их МОП-транзистор с низким Rds они в основном говорят, что их советы являются более энергоэффективными и, следовательно, будет производить немного меньше тепла в качестве побочного продукта MOSFET-транзистора.
Rds (on) в основном просто говорит, что Rds низкий, когда МОП-транзистор находится в состоянии «on». В выключенном состоянии транзистор не будет проводить, так что вы не заботитесь о сопротивлении.
маленькая деталь.
В простейшем использовать транзистор (или металл-оксид-полупроводник полевой транзистор) используется в качестве прямой замены для силовые транзисторы и реле. Символ для МОП-транзистора несколько похож на транзистор, но имеет зазор, иллюстрирующий тот факт, что нет прямой связи между затвором и другими частями транзистора, следовательно эффект поля транзистор.
Mosfet: 
транзистор: 
должный к факту что строб эффектно изолирован от настоящего путя (источника, котор нужно стечь) прибора это делает его много более полезно для более высоких токов, так как там гораздо меньше утечки через врата, тем самым увеличивая КПД устройства значительно.
большим преимуществом МОП-транзисторов для цифрового переключения заключается в том, что слой окисла между затвором и каналом предотвращает постоянный ток течет через ворота, дальнейшее снижение энергопотребления и давая очень большое входное сопротивление. Изолирующего оксида между затвором и канал эффективно изолирует МОП-транзистор в одном логическом каскаде от более ранних и более поздних стадий, что позволяет одному выходу МОП-транзистора управлять значительным количеством входов МОП-транзистора. Биполярная транзисторная логика (например, TTL) не обладает такой высокой разветвительной способностью.
из-за строительства на MOSFET существует еще сопротивление между истоком и стоком, даже когда полностью активированный (насыщенные) и это сопротивление вызывает некоторые тока через прибор, котор нужно расточительствовать и таким образом произвести жару. Уменьшение этого сопротивления уменьшает потери мощности и так же уменьшает количество тепла МОП.
по сравнению с транзистором МОП-транзистора высокоэффективный, с низким RDS и MOSFET является повышение эффективности власти.