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今天教你4個步驟選擇一個合適的MOSFET。
第一步:選用N溝道還是P溝道為設計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中,當一個MOSFET接地,而負載連接到干線電壓上時,該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中,應采用N溝道MOSFET,這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到總線及負載接地時,就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET,這也是出于對電壓驅動的考慮。要選擇適合應用的器件,必須確定驅動器件所需的電壓,以及在設計中最簡易執行的方法。下一步是確定所需的額定電壓,或者器件所能承受的最大電壓。額定電壓越大,器件的成本就越高。根據實踐經驗,額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護,使MOSFET不會失效。就選擇MOSFET而言,必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓,即最大VDS。知道MOSFET能承受的最大電壓會隨溫度而變化這點十分重要。設計人員必須在整個工作溫度范圍內測試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個變化范圍,確保電路不會失效。設計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備(如電機或變壓器)誘發的電壓瞬變。第二步:確定額定電流第二步是選擇MOSFET的額定電流。視電路結構而定,該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似,設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流,即使在系統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈沖尖峰。在連續導通模式下,MOSFET處于穩態,此時電流連續通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,只需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。選好額定電流后,還必須計算導通損耗。在實際情況下,MOSFET并不是理想的器件,因為在導電過程中會有電能損耗,這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻,由器件的RDS(ON)所確定,并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS(ON)計算,由于導通電阻隨溫度變化,因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會越小;反之RDS(ON)就會越高。對系統設計人員來說,這就是取決于系統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說,采用較低的電壓比較容易(較為普遍),而對于工業設計,可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。第三步:確定熱要求
選擇MOSFET的下一步是計算系統的散熱要求。設計人員必須考慮兩種不同的情況,即最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結果,因為這個結果提供更大的安全余量,能確保系統不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據;比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻,以及最大的結溫。
器件的結溫等于最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結溫=最大環境溫度+[熱阻×功率耗散])。根據這個方程可解出系統的最大功率耗散,即按定義相等于I2×RDS(ON)。由于設計人員已確定將要通過器件的最大電流,因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是,在處理簡單熱模型時,設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量;即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。第四步:決定開關性能選擇MOSFET的最后一步是決定MOSFET的開關性能。影響開關性能的參數有很多,但最重要的是柵極/漏極、柵極/ 源極及漏極/源極電容。這些電容會在器件中產生開關損耗,因為在每次開關時都要對它們充電。MOSFET的開關速度因此被降低,器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗,設計人員必須計算開通過程中的損耗(Eon)和關閉過程中的損耗(Eoff)。MOSFET開關的總功率可用如下方程表達:Psw=(Eon+Eoff)×開關頻率。而柵極電荷(Qgd)對開關性能的影響最大。
中國北京(2023年10月17日)—— 業界領先的半導體器件供應商兆易創新GigaDevice (股票代碼 603986) 今日宣布,正式推出基于RISC-V內核的GD32VW553系列雙模無線微控制器。GD32VW553系列MCU支持Wi-Fi 6及Bluetooth LE 5.2無線連接,以先進的射頻集成、強化的安全機制、大容量存儲資源以及豐富的通用接口,結合成熟的工藝平臺及優化的成本控制,為需要高效無線傳輸的市場應用持續提供解決方案。全新產品組合提供了8個型號、QFN40/QFN32兩種小型封裝選項,現已開放樣片和開發板卡申請,并將于12月份正式量產供貨。憑借出色的邊緣處理和連接特性,GD32VW553可適用于智能家電、智慧家居、工業互聯、通信網關等多種無線應用場景。著眼于低開發預算的需求,該系列MCU亦可成為辦公設備、支付終端及各類物聯網產品的理想選擇。兆易創新產品市場總監金光一表示:“GD32VW553系列新品憑借精簡優化的RISC-V開源指令集架構,以MCU為主控并支持領先的雙模無線連接標準,滿足蓬勃發展的家電家居和新興AIoT市場的廣泛聯網需求,實現處理性能、方案設計與物料成本的平衡。用持續拓展的射頻開發平臺,應對高密度復雜環境中的無線設計挑戰,為開發者提供安全可靠、節能高效的連接體驗。”▲GD32VW553系列RISC-V內核雙模無線MCU領先的射頻運算性能面向實時處理和高效通信需求,GD32VW553系列MCU采用了全新的開源指令集架構RISC-V處理器內核,主頻可達160MHz,還配備了高級DSP硬件加速器、雙精度浮點單元(FPU)以及指令擴展接口等資源,以出色的微架構設計實現了極佳的能效比,并提供了靈活的可擴展性。GD32VW553系列MCU集成的2.4GHz Wi-Fi 6射頻模塊采用IEEE 802.11ax標準,并向下兼容IEEE 802.11b/g/n標準,可以適用于不同的網絡環境。支持正交頻分多址(OFDMA),實現多部設備共享信道資源,數據傳輸速率相比Wi-Fi 4提高了60%;還支持多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO),能協同多部設備同時工作且互不干擾。從而在多設備高密度接入場景下實現高效率低延遲通信。片上集成的Bluetooth LE 5.2射頻模塊,能夠以最新的藍牙規范延長通信距離、提高吞吐量、增強安全性和節省電能。提供了2Mbps高速數據模式和125K/500Kbps多種速率,有效縮短傳輸時間并提高靈敏度。還可以在眾多設備及復雜環境下協助組建及配置起穩定快速的無線網絡。全新的雙模無線MCU提供了先進的基帶和射頻性能,并包含了多種附加功能。支持基于數據傳輸仲裁(PTA)機制的無線共存協議,大幅降低了Wi-Fi和Bluetooth產生的同頻干擾并提升信號接收的穩定性。還具備高動態范圍自動增益控制(AGC),有效增強信號質量。得益于Wi-Fi 6的定時喚醒機制(TWT),GD32VW553能夠靈活地調度設備的休眠與喚醒時間,有效提升了節能效率,適用于低功耗、長續航的無線設備接入需求。高集成度和安全保障GD32VW553系列新品集成了高達4MB Flash及320KB SRAM,另有32KB可配置指令高速緩存(I-Cache),大幅提升了CPU處理效率。不僅具備出色的無線性能,芯片還配置了豐富的通用有線接口,包含3個U(S)ART、2個I2C、1個SPI以及1個四線制QSPI等, 以及多達29個可編程 GPIO 管腳。內置2個32位通用定時器、2個16位通用定時器、4個16位基本定時器、1個PWM高級定時器和1個12位ADC。供電電壓1.8V~3.6V,并提供了85℃~105℃寬溫選擇,以滿足工控互聯、照明設備以及插座面板等高溫場景應用所需。GD32VW553還具備多重安全特性以簡化高性能無線設備的安全連接和管理。支持 Wi-Fi保護訪問 (WPA) 安全功能,包括用于個人和企業網絡的新 WPA3 加密技術。硬件加解密支持DES、三重DES、AES以及哈希(Hash)算法,還支持公鑰加解密(PKCAU),從而保障無線通信過程中的保密性和數據完整性。真隨機數生成器(TRNG)可為多種安全協議生成密鑰提供不可預測性數據,從而進一步提升系統安全強度。▲GD32VW553系列MCU產品組合以生態賦能無線創新GD32覆蓋全流程的RISC-V開發生態已日趨完善,并與現有MCU的開發環境和使用習慣高度兼容,助力用戶快速構建具有市場競爭力的解決方案。兆易創新為全新GD32VW553系列微控制器提供了免費開發環境GD32 IDE、調試下載工具GD-LINK與多合一編程工具GD32 All-In-One Programmer。還同步推出了包含底層驅動、無線協議棧、應用例程等功能的SDK和配套開發板卡EVB,并適配多種支持本地、云連接、安全和無線升級(OTA)功能的實時操作系統(RTOS),方便聯網終端的快速部署。符合由國際組織連接標準聯盟(CSA)開發的Matter over Wi-Fi應用標準,支持采用GD32VW553的各種Matter設備無縫互連,提高智能家居系統的兼容性和互操作性。業界領先的嵌入式開發系統供應商德國SEGGER已經與兆易創新達成戰略合作,為開發者提供全免費可商用的SEGGER Embedded Studio集成開發環境(IDE)和整套開發工具。瑞典IAR亦將為GD32VW553全新MCU提供包括開發編譯和跟蹤調試工具在內的全面支持。GD32VW553系列MCU已經正式通過Wi-Fi聯盟(WFA)的Wi-Fi 6認證、藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)的Bluetooth認證以及RF FCC/CE合規認證。兆易創新正在與多家模組廠商和開發者平臺合作,推出無線模組、服務認證等“交鑰匙方案”,助力嵌入式設備快速連接和應用創新,快速構建支持Wi-Fi、藍牙等多種無線通信的物聯網平臺與產品方案。關于GD32 MCU兆易創新GD32 MCU是中國高性能通用微控制器領域的領跑者,中國最大的Arm? MCU家族,中國第一個推出的Arm? Cortex?-M3、Cortex?-M4、Cortex?-M23、Cortex?-M33及Cortex?-M7內核通用MCU產品系列,并在全球首家推出RISC-V內核通用32位MCU產品系列,已經發展成為32位通用MCU市場的核心之選。以累計超過15億顆的出貨數量,超過2萬家客戶數量,44個系列550余款產品選擇所提供的廣闊應用覆蓋率穩居中國本土首位。兆易創新GD32 MCU也是Arm?大學計劃(University Program, AUP)中國首批合作伙伴、Arm? mbed? IoT平臺生態合作伙伴、RISC-V基金會戰略會員、“兆易創新杯”中國研究生電子設計競賽的冠名廠商。GD32以打造“MCU百貨商店”規劃發展藍圖,為用戶提供最全面的系統級產品和解決方案支撐,構建智能化開發平臺和完善的產品應用生態。
艾邁斯歐司朗擁有三十年的專業經驗,為先進的模擬和混合信號技術提供代工生產和支持服務。目前,艾邁斯歐司朗已經將先進的 180 納米 CMOS 工藝技術整合到其全方位晶圓代工服務中。在提供先進高性能模擬/混合信號集成電路解決方案一站式服務的戰略中,這是艾邁斯歐司朗的最新舉措。除了晶圓制造和工藝定制,還提供:設計和工程支持、IP單元、封裝和 IC集成、晶圓針測和晶圓終測。位于奧地利的艾邁斯歐司朗200mm工廠即將采用新型C18 180納米 CMOS技術進行生產,這種技術非常適合用于工業、醫療、汽車和消費品市場的傳感器和傳感器接口。在汽車和醫療應用的設計中,該技術也將大顯身手。艾邁斯歐司朗計劃下一個季度讓使用C18 180納米技術的產品實現量產。這一技術符合行業標準,源自全球領先的半導體合同制造商,確保了100%的電氣兼容性,保障備選供應能力。全新高性能工藝:模擬和混合信號設備更進一步隨著C18 180 納米 CMOS 工藝技術的引入,艾邁斯歐司朗將為客戶提供更多的模擬和混合信號設備生產選擇:低漏電/高密度數字庫擴展模擬晶圓驗收數據(WAT)參數大量高質量設備計劃引入1.8V/3.3V和1.8V/5.0V雙柵氧化物和三阱選擇3-6個金屬層原生、隔離的 CMOS 晶體管NPN 和 PNP 雙極晶體管單個MIM(2fF/μm2)多種電阻類型:多晶硅、1k高分辨率多晶硅、精密多晶硅一次性可編程(OTP)存儲器該工藝還支持光學涂層(適用于在晶圓上實現濾光片)和硅通孔(TSV)等先進生產技術,用以優化敏感和關鍵信號的導線布局。艾邁斯歐司朗的核心目標是簡化這一工藝,讓其運行更為順暢。C18 180納米CMOS工藝帶有全套的工具和支持資源。艾邁斯歐司朗的工藝開發工具包(PDK)為芯片設計師提供即插即用的C18工具包,有助于提升模擬和混合信號的性能,并擁有高精度模擬模型,幫助客戶在更短時間內實現產品開發和交付。最新版的hitkit設計平臺極大地提升了設計效率。它不僅配備了1.8V和3.3V的NMOS和PMOS設備(包括基板型、浮動型、低漏電型和高閾值電壓型多種選擇),還附帶了一系列全功能的無源設備,如多種電容器。此外,經過區域優化的高密度和低功耗數字庫支持高達125k門電路/mm2的門電路密度。升級后的數字和模擬I/O庫現包括多達6個金屬層,以及額定電壓可達4kV(按照人體模型)的ESD保護單元。添加了RAM和ROM內存生成服務,以及零掩碼級的加法器EEPROM IP模塊,使產品功能更加全面。“基于Cadence的Virtuoso自定義IC技術,新版hitkit助力設計團隊加速產品上市。該hitkit為Spectre仿真平臺提供精確模型,為Quantus帶來提取功能,同時還為Calibre和PVS/Pegasus增加了驗證套件。其還搭載了基于SKILL的PCell技術,整合成一個全方位的設計平臺和經過嚴格驗證的芯片解決方案。”C18 的多樣化應用艾邁斯歐司朗的奧地利生產廠推出的C18 180 nm CMOS工藝面向全體客戶開放,涵蓋從客戶定制設計到特殊應用和開放市場的多種產品。使用該工藝進行代工的客戶將借助C18工藝來打造他們的先進混合信號產品。除核心的晶圓制造能力外,艾邁斯歐司朗代工廠還提供設備組裝、專業工程、測試和鑒定等附加服務,以加速上市并減少開發壓力。新工藝的引入進一步強化了艾邁斯歐司朗對ASIC(專用集成電路)客戶的支持,使他們在混合信號設備方面具有明顯的競爭優勢。通過提供一站式服務,艾邁斯歐司朗讓ASIC客戶能在競爭中輕松保持領先地位。最后,艾邁斯歐司朗還計劃將這一先進工藝和其相關功能應用于開放市場的標準產品中,這些優勢有望成為實現多種應用場景的關鍵因素。C18 供應情況可隨時在 C18 生產線上啟動原型設計和生產。C18生產線上的常規多產品晶圓(MPW)原型設計服務將于2023年11月開始。除1.8V/3.3 V工藝版本外,2024年還將發布1.8V/5.0V版本。此后還將推出基于BCD(雙極-CMOS-DMOS)的高壓版本,最高可達70V。
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