上海雷卯：功率MOSFET选型的几点经验

发布时间：2023-10-25 10:23
作者：AMEYA360
来源：上海雷卯
阅读量：1343

　　在此，AMEYA360根据学到的理论知识和实际经验，和广大同行一起分享、探讨交流下功率MOSFET的选型。

　　由于相应理论技术文章有很多介绍MOSFET参数和性能的，这里不作赘述，只对实际选型用图解和简单公式作简单通俗的讲解。另外，这里的功率MOSFET应用选型为功率开关应用，对于功率放大应用不一定适用。

　　功率MOSFET的分类及优缺点

　　和小功率MOSFET类似，功率MOSFET也有分为N沟道和P沟道两大类;每个大类又分为增强型和耗尽型两种。虽然耗尽型较之增强型有不少的优势(请查阅资料，不详述)，但实际上大部分功率MOSFET都是增强型的。

　　MOSFET是电压控制型器件，三极管是电流控制型器件，这里说的优缺点当然是要跟功率三极管(GTR)来做比较的：优点—开关速度快、输入阻抗高、驱动方便等;缺点—难以制成高电压、大电流型器件，这是因为耐压高的功率MOSFET的通态电阻较大的缘故。

　　言归正传，下面来看看具体如何选型—功率MOSFET的选型

　　1、我的应用该选择哪种类型的MOSFET?

　　前面说了，实际应用主要使用增强型功率MOSFET，但到底该选择N沟道的还是P沟道的呢?如果你对这个问题有疑问，下面的图和注释会让你一目了然!

上海雷卯：功率MOSFET选型的几点经验

　　负载(Load)的连接方式决定了所选MOSFET的类型，这是出于对驱动电压的考虑。当负载接地时，采用P沟道MOSFET;当负载连接电源电压时，选择N沟道MOSFET。

　　2、确定额定电压与额定电流

　　选好MOSFET的类型后，接下来要做的是确定在你的设计中，漏极和源级间可能承受的最大电压，即最大VDS 。MOSFET能承受的最大电压会随温度变化，这是我们工程师在设计时必须考虑到的，必须在整个可能工作温度范围内测试电压变化范围。

　　接下来，说点实际的：

　　MOSFET在关断瞬间，会承受到最大的电压冲击，这个最大电压跟负载有很大关系：如果是阻性负载，那就是来自VCC端的电压，但还需要考虑电源本身的质量，如果电源质量不佳，需要在前级加些必要的保护措施;如果是感性负载，那承受的电压会大不少，因为电感在关断瞬间会产生感生电动势(电磁感应定律)，其方向与VCC方向相同(楞次定律)，承受的最大电压为VCC与感生电动势之和;如果是变压器负载的话，在感性负载基础上还需要再加上漏感引起的感应电动势。

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　　引言　　2023 年 9 月 14 日，我国广播电视总局、工业和信息化部、国家市场监督管理总局联合发布《关于进一步加强车载音视频管理的通知》，明确指出车载广播系统的重要性，并部署推动无线广播接收系统在汽车领域的安装。　　2024年9月18日，美国众议院能源与商务委员会通过了《2024车载调幅广播法案》，要求所有在美国制造和销售的车辆中保留AM(调幅广播)功能。　　这些举措引发了我们对车载广播系统标准化必要性的深入思考。在行业不断变革、未来充满挑战的当下，制定车载广播系统国家标准究竟有着怎样的意义和价值?　　一、提升车载广播质量，国家标准迫在眉睫　　背景案例：2021年7月20日，河南郑州遭遇特大暴雨，导致城市内涝、交通中断、电力和网络瘫痪。在这种极端情况下，无线广播成为了唯一的通讯手段之一，车载广播系统发挥了重要作用，但部分车主反映车载广播信号不稳定。这一事件凸显了车载广播系统质量和可靠性的重要性。　　重要性：车载广播系统不仅是驾乘人员获取信息的重要渠道，也是公共安全体系的关键组成部分。制定国家标准可以确保车载广播系统的技术指标达标，提升产品质量，确保其在紧急情况下能够可靠工作，有效传递信息，维护公共安全。　　二、推动国际合作，增强国际竞争力　　现状分析：2020年，中国汽车出口额首次突破千亿美元，但标准差异仍然是进入某些市场的障碍。建立与国际接轨的国家标准，有助于提升中国汽车产品的国际竞争力。　　战略意义：通过参与国际标准的制定，中国不仅可以促进技术交流与合作，还能提高中国汽车工业在全球市场的认可度。　　以下是主要国家和地区车载无线广播接收系统的标准制定进程：　　中国：目前处于《车载无线广播接收系统》强制性国家标准制修订计划项目的公开征集意见阶段，技术内容包括终端和天线的功能、性能、车规环境可靠性、电磁兼容等。　　欧盟：2014年发布2014/53/EU无线电设备指令，要求车载广播收音机等设备符合CE标志要求。2018年发布的《欧盟电子通信法规》要求新车集成数字音频广播(DAB)功能。　　日本：由汽车工业协会制定ARIB-STD-B3标准，指导行业设计开发。　　中东地区：阿联酋和沙特阿拉伯分别发布了各自的车载广播接收机技术标准。　　美国：正在推进《AM每辆车法案》，要求新车强制安装AM广播接收模块。　　三、顺应行业变革，迎接未来挑战　　技术趋势：随着自动驾驶技术的发展，车载广播系统将集成更多智能互联功能。例如，2021年谷歌与沃尔沃合作开发的车载信息娱乐系统，集成了语音助手、地图导航等多项功能。国家标准的制定不仅能够确保这些新功能的顺利实现，还能促进不同品牌之间的互操作性，提升用户体验。　　未来展望：车载无线广播接收系统国家标准的制定，对于提升产品质量、推动技术创新、加强安全保障以及促进国际合作具有深远的意义。这是对技术进步的认可，更是对公共安全重视的具体体现。　　四、雷卯助力车载广播系统，为其保驾护航　　上海雷卯将在车载广播系统的标准化工作中贡献专业技术，特别是在防护器件的设计、测试及应用方面可以提供专业的意见和支持，确保系统在复杂的电磁环境中依然能够稳定运行。　　以下是雷卯针对汽车无线电调谐器不同接口提供典型保护案例。　　汽车无线电调谐器原理图　　上海雷卯针对汽车无线电调谐器所带有的USB、RS232，CAN、以太网、模拟音频、扬声器等接口提供了典型的保护案例，综合列表如下，可以直接应用于实际场景。　　上海雷卯专业研发销售 ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，电感等产品。雷卯致力于为客户提供高品质产品，以保护电路免受静电干扰和电压波动的影响。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。　　结语：　　在科技飞速发展的时代，车载广播系统看似有些 “复古”，但在关键时刻却能发挥不可替代的作用。制定车载广播系统国家标准，不仅是对传统广播技术的传承与发展，更是为了在未来的不确定中为人们筑牢一道信息安全的防线。它将引领汽车行业在创新与稳定之间找到平衡，为我们的出行生活增添一份可靠的保障。让我们共同期待这一标准的落地实施，为应对行业变革与未来挑战贡献力量。
2024-10-11 11:34 阅读量：464
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　　一、确定应用需求　　1、电路类型　　- 开关电路：如果应用于开关电路，如电源开关、电机驱动等，需要关注 MOSFET 的开关速度、导通电阻和栅极电荷等参数。快速的开关速度可以减少开关损耗，提高效率;低导通电阻能降低导通时的能量损耗;而低栅极电荷则有助于加快开关转换过程。　　- 放大电路：用于放大电路时，要重点考虑 MOSFET 的线性度、增益和噪声等特性。具有良好线性度和高增益的 MOSFET 能够保证信号的准确放大，低噪声则可以减少对信号的干扰。　　2. 工作电压和电流　　- 工作电压：确定电路的工作电压范围，选择的 MOSFET 额定电压应大于等于电路的最大工作电压，并留有一定的余量(建议至少 1.5 倍余量)，以确保在电压波动或瞬态电压情况下 MOSFET 能够正常工作。　　- 工作电流：根据负载的电流需求，选择能够承受相应电流的 MOSFET。注意查看 MOSFET 的额定电流(连续电流)和最大漏极脉冲电流等参数，额定电流应满足负载在正常工作状态下的电流需求，而最大漏极脉冲电流则要考虑在瞬态或脉冲电流情况下的承受能力。　　3. 工作温度　　了解应用环境的温度范围，确保所选 MOSFET 的工作温度范围能够覆盖该范围。如果工作环境温度较高，需要关注 MOSFET 的热阻、结温等参数，选择热阻较小、结温较高的器件，以保证在高温环境下的可靠性。　　二、选择MOSFET类型(P沟道或N沟道)　　- P 沟道 MOSFET：P 沟道 MOSFET 的栅极电压为负时导通，适用于源极接电源正极的电路。在一些需要低电压控制或逻辑电平转换的场合比较适用，例如电池供电的设备中，可用于防反接保护电路。其优点是在电路设计上可以简化驱动电路，但缺点是导通电阻相对较大，电流驱动能力相对较弱。　　- N 沟道 MOSFET：N 沟道 MOSFET 的栅极电压为正时导通，通常用于源极接地的电路。具有较低的导通电阻和较高的电流驱动能力，适用于对功率要求较高、需要大电流输出的场合，如功率放大器、电源转换电路等。但其驱动电路相对复杂，需要较高的栅极电压来控制导通。　　三、关注关键参数　　-导通电阻(Rds(on))：导通电阻越低，MOSFET 在导通状态下的能量损耗越小，效率越高。对于对效率要求较高或工作电流较大的应用，应选择导通电阻较小的 MOSFET。但导通电阻较低的器件价格可能相对较高，需要在性能和成本之间进行权衡。　　- 栅极电荷(Qg)：栅极电荷决定了 MOSFET 的开关速度和驱动电路的功耗。栅极电荷越小，开关速度越快，驱动电路的功耗越低。在高频开关应用中，应选择栅极电荷较小的 MOSFET 以提高系统的效率和性能。　　- 漏源击穿电压(V(BR)DSS)：漏源击穿电压是 MOSFET 能够承受的最大漏源电压，选择时应确保该参数大于电路中的最大电压应力，以防止器件击穿损坏。　　- 热阻(Rθ)：热阻反映了 MOSFET 散热的能力，热阻越小，器件在工作时产生的热量越容易散发出去，结温越低，可靠性越高。在高功率应用或散热条件较差的环境中，应选择热阻较小的 MOSFET，热阻的具体参数可以参考另外一篇　　《MOSFET器件参数：TJ、TA、TC到底讲啥》。　　四、封装选择　　- 封装类型：上海雷卯提供多种封装类型的 MOSFET，如 SOT-23、SOP-8、DFN 等。不同的封装类型具有不同的尺寸、引脚排列和散热性能。例如，　　SOT-23 封装体积小，适用于空间受限的应用;　　SOP-8 封装引脚较多，可提供更好的电气连接和散热性能;　　DFN 封装具有较低的寄生电感和电容，适合高频应用。　　- 封装质量：检查封装的质量和可靠性，确保引脚焊接牢固，封装材料能够承受高温和机械应力。良好的封装可以保证 MOSFET 在长期使用过程中的稳定性和可靠性。　　五. 参考数据手册和应用案例　　- 数据手册：仔细阅读上海雷卯 MOSFET 的数据手册，了解器件的详细参数、性能曲线、工作条件和应用注意事项等信息。数据手册是选型的重要依据，能够帮助您准确地选择适合的 MOSFET。　　- 应用案例：参考上海雷卯提供的应用案例或其他客户的成功经验，了解不同型号的 MOSFET 在类似应用中的表现和可靠性。这可以为您的选型提供参考，避免在实际应用中出现问题。　　六 、应用案例分享　　1. LM3D40P02　　- 特点：这是一款 P 沟道沟槽技术的 MOSFET，专为电子烟等小型设备优化设计。具有低阈值电压(Vgs(th)=-0.65V(type))，可使设备快速启动;强大的电流承载能力(Id=-40A)，能在高负载条件下稳定工作;较低的导通电阻(Rds(on)=5mΩ)，能有效减少能量损耗，延长电池续航;低门极电荷(Qg=38nc)，加快了开关速度，提高了整体效率;采用 DFN3.3*3.3 的紧凑型封装，易于集成到小型设备中。　　- 应用场景：非常适合电子烟、小型智能设备等对空间和功耗有较高要求的应用场景。　　2. LM8S16P03　　- 特点：属于 PMOS 类型的 MOSFET。漏源电压(Vdss)为-30V，漏极电流(Id)为-16A，漏源导通电阻(Rdson)为 6.5mΩ，栅源电压(Vgs)为±20V，栅极电荷(Qg)为 62.5。工作温度范围为-55℃~150℃，可适应较为恶劣的工作环境。　　- 应用场景：适用于新能源、家用电器、3C 数码、汽车电子、测量仪器、智能家居等多种领域。
2024-09-30 10:12 阅读量：353
上海雷卯：Cyberchuck汽车电子48V系统浪涌保护方案
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上海雷卯：Cyberchuck汽车电子48V系统浪涌保护方案

　　1.Cyberchuck汽车电子48V系统背景：　　自20世纪50年代起，主流乘用车的低压电路都是12伏架构，这实际上是七八十年前的标准，一直沿用到了现在，目前各种雷达、摄像头等感知硬件，更高的算力需求，更高功率的音响，更多的屏幕。再加上各种的电动调节以及加热等的用电设备，给传统的12伏汽车配电总线增加了很多的额外负担，线束越来越粗，重量、成本、空间布置等要求也越来越高，所以提高电压是必然。48伏是一个公认的方向，早期混合动力车曾将电压提升到48V，不过直到特斯拉Cybertruck推出，48V系统才得到更广泛应用。　　2.Cyberchuck汽车电子48V系统优势：　　(1)提高电力负载：48V系统能提供更高电力负载，使汽车实现更多、更耗电的功能，如自动辅助驾驶感知系统、计算系统、4G/5G传输、线控转向和线控刹车等都需要更高的功率支持。在相同电流条件下，48V系统比12V系统能输出更高功率;相同输出功率时，48V系统能实现更低电流，进而降低功率损耗。　　(2)提升工作效率：与传统系统相比，48V系统工作效率更高，降低了功率损耗，并且耐用性和安全性更好。Cybertruck的48V系统让电压提高4倍，所需电流减少到原来的1/4，损失的能量更少，线束产生的热量也会降低，可增加线束使用寿命和安全性，同时允许电气组件响应更快。　　(3)优化成本与空间：更低的电流意味着可以使用更轻的线缆，减少了线缆的尺寸和重量，能够节省成本，还能为车辆提供更大的驾乘空间，并且可以装备更多的电池。由于电流与铜材料成本相关，减少电流还能节省大量铜材料。例如，Cybertruck使用48V架构帮助将布线减少了77%，铜需求减少了50%，从而降低整体重量，提高效率收益，每年能为特斯拉节省大约100亿美元的成本　　(4)简化整车结构：48V系统可以使整车结构变得更加简洁。比如特斯拉Cybertruck用高速数据总线(以太网)替代了CAN总线，可以用菊花链式方式，连接遗留系统中需要点对点布线运行的大多数组件。　　3.上海雷卯向48V系统保护方案迈进　　转换到48V系统，对于整个车辆供应链是个庞大的工程，它需要各个厂家的配合执行。在这个电压等级上，各种的车规及元器件都需要重新开发，包括电容、功率器件、线束、线组、马达等等，安全性、可靠性就要持续的来验证。上海雷卯是一家车辆EMC安全保护方案公司，根据这一需求迅速做出反应，将在48V电压系统浪涌保护方案上给予支持。　　4.为什么48V电压系统需要做浪涌保护　　主要基于以下几个重要原因：　　首先，汽车电气系统在运行中会面临各种动态变化。例如，引擎启动瞬间，电池会释放出大电流，这可能引发电压的急剧波动，产生浪涌。　　其次，车辆中的电气负载突然切换，如大功率电器的启动或停止，也会导致电流和　　电压的瞬间变化，从而引发浪涌现象。　　再者，汽车在行驶过程中可能会遭遇外部的电磁干扰，例如雷电、静电放电等，这些都可能在电路中引入高能量的浪涌电压。　　另外，现代汽车中的电子设备和控制系统越来越复杂和精密，对电压的稳定性要求极高。48V 电压系统中的敏感电子元件，如各种传感器、控制模块等，如果受到浪涌电压的冲击，可能会出现性能下降、故障甚至永久性损坏，进而影响整个汽车的性能、安全性和可靠性。　　最后，随着汽车智能化和电动化的发展，48V 电压系统的应用越来越广泛，其承载的功能也越来越重要，因此更需要有效的浪涌保护措施来确保系统的稳定运行和长寿命　　因此，为了保障汽车 48V 电压系统的正常工作，避免电子设备受损，提高汽车的安全性和可靠性，浪涌保护是必不可少的。　　5.汽车DC 48V电压系统浪涌保护方案　　(1)传统保护方案：采用了MOV+GDT+电感+ TVS　　(2) 上海雷卯推荐简化方案: 采用低残压大功率TVS　　所用TVS列表　　肖特基和PPTC 列表　　相比传统方案优势：　　(1) 成本低：传统方案用了7颗元件，雷卯简化方案用了3颗元件，降低了成本。　　(2) 更耐用：传统方案GDT和MOV 使用次数有限，容易衰损，小更换，增加了维修成本。　　(3) 简化方案优势：LM1K58CLV浪涌可以通过 IEC61000-4-5，GB/T17626.5 8/20μs 2KV标准。SM8S58CA用于满足ISO7637-25A/5B测试
2024-08-28 14:49 阅读量：472
上海雷卯：气体放电管怎样选型
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上海雷卯：气体放电管怎样选型

一、 GDT 参数选择步骤　　关于GDT的选型上海雷卯EMC小哥引用“AC 220V线路进行2kV线间和4kV线对地的过电压防护”案例来阐述GDT的选型。　　1. 续流电压　　考虑AC 220V线路工作电压远大于续弧电压15V，因此不能直接只使用GDT进行防护，需要采取其他措施(如串联电阻或使用其他类型的保护器件)来避免续弧现象。　　2. 直流击穿电压　　直流击穿电压选择多大需根据以下计算得出：线路正常运行电压峰值(交流线路需将有效值转换为峰值)故220V×1.414=311.08V,最小直流击穿电压 min(ufdc)应当大于等于线路正常运行电压峰值 (Up) 的1.8倍则1.8×311.08V=559.944V，可以选择一个接近但不低于560V的直流击穿电压。例如，选择600V的直流击穿电压的GDT。　　3. 后级器件耐压值　　GDT的脉冲击穿电压需要基于后级电路中元件的耐压能力来确定。后级保护器件的耐压应当大于GDT的脉冲击穿电压，以确保电路安全。这一部分的具体数值需要根据后级电路的设计来决定。　　4. 通流容量　　首先确认测试波形，一般是8/20us和10/700us 2种波形，通流容量大小选择：假设浪涌电压完全出现在内阻上，则通流容量为 2000V/2Ω = 1000A，为了确保GDT能承受这一级别的浪涌电流，所选GDT的通流容量至少应为1000A。　　通过上述步骤，我们可以合理地选择并配置GDT以实现有效的浪涌保护。　　二、GDT的应用　　通常电源、高速信号等都可以使用GDT浪涌防护, 低电容可以保证信号传输，微信搜索上海雷卯微信公众号内可查看全套的防护方案。摘列示意图如下。　　三、GDT的续流问题　　当过电压施加于GDT两端时，其两端电压上升至足以引发气体放电，从而导通GDT。随着通过GDT的电流增加，放电状态会从辉光放电过渡到弧光放电。这两种放电状态都需要一定的维持电压才能持续。在过电压消失之后，理想的GDT应该立即断开，以恢复正常的工作状态，然而在实际应用中，如果电路的工作电压高于GDT的续流电压(也称为维持电压)，GDT可能会继续导通，形成续流现象。GDT的持续导通会导致电路短路，进而产生较大的电流，最终可能导致GDT或其他电路元件过热甚至损坏。　　为了避免上述续流问题，上海雷卯建议采取以下措施之一或结合使用：　　1. 串联限流电阻：在GDT与电路之间串联一个适当的电阻，以限制通过GDT的电流，降低续流的可能性。　　2. 使用附加保护器件：压敏电阻可以在过电压事件发生时与GDT共同工作，而在正常工作条件下能够确保电路不受GDT续流的影响。　　3. 选择具有较高续流电压的GDT，使得在正常工作电压下不易触发续流现象。提高续弧电压，并不是不续流，工作电压足够大，还是会续流，要注意这点。　　四、上海雷卯既往客户的案例分析　　产品背景：220V AC输入，满足浪涌8/20us和1.2/50us测试标准，差模6kV,共模10kV，绝缘耐压测试1750V，3S实验，但是浪涌共模10kV时，次级电解电容异常。　　初始选型问题：初始设计中，考虑到绝缘耐压测试的要求，选择了直流击穿电压高达3600V的GDT。然而，这样的选择导致了残压过高(约5.1kV)，这与电路保护的需求产生了冲突。在浪涌测试过程中，次级电解电容器由于残压过高而受到损害。　　解决方案 更换GDT：将GDT的直流击穿电压从3600V降低至2500V，以减小残压(大约2.8kV)，同时确保它能够承受绝缘耐压测试的要求。更换后的GDT在进行10kV共模浪涌测试时，次级电解电容器未再出现异常，测试通过。　　安规测试：在安规测试中，通常要求移除过电压保护器件来进行绝缘耐压测试，以便准确评估线缆和绝缘外壳之间的耐压性能。然而，在某些行业中，如铁路行业，不允许移除保护器件，因为这种做法一般不符合现场实际情况。　　结论：在本案例中，通过调整GDT的选择，上海雷卯成功解决了次级电解电容器在共模10kV浪涌测试中出现的问题。同时也综合考虑行业实践与安规标准之间的平衡。通过合理选择保护器件，并根据实际情况进行适当的调整，可以确保电路既符合安全标准又能在实际应用中提供有效的保护。　　五、常见场景的浪涌防护GDT用料推荐　　上海雷卯专业研发销售ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，电感等产品。雷卯致力于为客户提供高品质产品，以保护电路免受静电干扰和电压波动的影响。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。
2024-08-01 10:46 阅读量：502
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