Суперсоединительные MOSFET становятся всё более востребованными в приложениях, где ключевым является улучшение эффективности. Благодаря низкому сопротивлению канала и уменьшенной паразитной ёмкости они идеально подходят для использования в схемах, где обычные MOSFET на базе планарной технологии могут не справляться. Однако быстрая коммутация суперсоединительных MOSFET приводит к высокочастотным шумам и радиационным помехам из-за резких переходов напряжения (dv/dt) и тока (di/dt). Тщательный подход к проектированию печатной платы и оптимизация схемы помогут полностью раскрыть потенциал данных транзисторов без потери производительности.
Основные аспекты оптимизации печатной платы для суперсоединительных MOSFET
- Минимизация паразитных элементов упаковки и разводки
В упаковках MOSFET типа TO-220, TO-247, TO-3P и TO-263 длина проводниковых соединений между затвором и истоком фиксирована, что ограничивает возможности снижения индуктивности. Тем не менее длину выводов можно оптимизировать, чтобы уменьшить индуктивность истока. Хотя она невелика (порядка 10 нГн), при di/dt до 500 А/мкс возникает значительное напряжение, как показывает расчет VIND = 5В при 10 нГн. Поэтому необходимо снижать общую индуктивность упаковки и печатной платы. - Паразиты разводки печатной платы
Индуктивность и ёмкость дорожек на печатной плате также влияют на коммутационные характеристики. Одна дорожка длиной 1 см добавляет индуктивность в пределах 6-10 нГн, что может создавать помехи. Паразитная ёмкость возникает между соседними дорожками или между дорожкой и заземляющим слоем. Две основные стратегии для минимизации этих паразитов:- Слоистость: Добавление выделенного слоя заземления под MOSFET и слоем сигнала снижает паразитные индуктивности и ёмкости.
- Управление разводкой: Размещение параллельных дорожек с разных сторон платы снижает индуктивность и улучшает производительность схемы, минимизируя радиационные помехи.
- Управление паразитными колебаниями
Паразитные ёмкости влияют на переключение MOSFET, которые чувствительны к ним. Для суперсоединительных MOSFET нелинейная выходная ёмкость (Coss) может вызвать колебания в процессе переключения, особенно в цепях коррекции коэффициента мощности (PFC) и преобразования DC/DC. Как показано на Рисунке 2, Coss у планарных MOSFET имеет линейную зависимость, тогда как у суперсоединительных MOSFET кривая Coss резко падает примерно при 50В, что может вызвать колебания напряжения и тока, приводящие к помехам и потерям мощности.
Советы по разводке печатной платы для суперсоединительных MOSFET
- Контроль индуктивности дорожек: Укорачивайте критические дорожки (например, исток и сток) для снижения индуктивности.
- Снижение паразитной ёмкости: Избегайте близко расположенных дорожек, если это не необходимо, чтобы минимизировать паразитные ёмкости, особенно в зонах чувствительных компонентов.
- Учет резонансных схем: Понимание того, что паразитные элементы в цепях затвора и истока (например, индуктивность затвора Lg1) могут вызвать резонанс, приводит к высоким колебаниям напряжения, которые могут превышать допустимые значения для MOSFET.
Управление паразитами упаковки и разводки
Благодаря оптимизации конструкции печатной платы суперсоединительные MOSFET могут достигать более высокой эффективности переключения с минимальными помехами и колебаниями.
