如何用智能MOSFET提升醫療設計可靠性及性能?
發布時間:2012-05-07
中心議題:
所suo有you關guan於yu醫yi療liao應ying用yong的de產chan品pin在zai要yao求qiu高gao可ke靠kao性xing的de同tong時shi,仍reng然ran需xu要yao提ti供gong終zhong端duan用yong戶hu想xiang要yao的de新xin技ji術shu與yu功gong能neng。由you於yu各ge醫yi療liao設she備bei公gong司si及ji其qi最zui終zhong應ying用yong間jian的de競jing爭zheng愈yu來lai愈yu激ji烈lie,功gong能neng急ji劇ju增zeng加jia,但dan是shi並bing未wei考kao慮lv到dao另ling外wai一yi個ge可ke能neng帶dai來lai產chan品pin失shi敗bai的de因yin素su。所suo有you這zhe些xie因yin素su都dou與yu電dian源yuan有you關guan,而er且qie重zhong要yao的de是shi我wo們men需xu要yao採採用yong最zui新xin的de技ji術shu來lai使shi風feng險xian最zui小xiao化hua。
智慧型MOSFET是這些促進技術進步的因素之一,且其普及性一值增加。由於標準P溝道(P-channel)FET的驅動要求簡單,它常常被用於轉換電源分配節點、連接充電路徑、連接器熱插拔、zhiliudianliudengdeng。yinweizhexieyuanjianchuyuguanjianlujingzhong,qishixiaohuirangxiayoudeganceqihuochuliqishiquzuoyong,yinerduikekaodegonglvkaiguanjinxingtouzi,bianchengweiyimingzhidezuofa。xiangjiaoyudengxiaodeP溝道∕N溝道組合方法,Intellimax FET整合了P溝道FET和邏輯級驅動器,以便簡單控製這個已經減少的Rdson FET。為讓可靠性增加,這些元件整合了ESD保護、熱保護、過電流保護、過電壓保護,以及反向電流阻斷。所有這些都為醫療應用帶來了更高的價值和更高的可靠性。
下文將介紹負載開關的技術和其存在於當前電源架構中的塬因。它的應用案例將在實驗室範圍呈現。我們將討論小於6V的應用,可充電的可攜式醫療應用應該可以從中受益。本文也將討論快捷半導體最新技術進展所實現的全新40V智慧型FET應用,將提供具有價值的分析結果,展示智慧型FET是如何成為醫療產業中智慧化發展的趨勢。
電池應用中負載開關的演變
從(cong)電(dian)池(chi)被(bei)導(dao)入(ru)到(dao)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)中(zhong)開(kai)始(shi),對(dui)於(yu)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)的(de)需(xu)求(qiu)就(jiu)一(yi)直(zhi)存(cun)在(zai)著(zhe)。導(dao)入(ru)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)行(xing)動(dong)電(dian)源(yuan),意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)使(shi)用(yong)期(qi)間(jian)電(dian)池(chi)將(jiang)會(hui)不(bu)停(ting)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)。顯(xian)然(ran)地(di),設(she)計(ji)的(de)節(jie)能(neng)特(te)性(xing)會(hui)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)和(he)充(chong)電(dian)之(zhi)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)。在(zai)最(zui)近(jin)這(zhe)幾(ji)年(nian),電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)並(bing)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)任(ren)何(he)大(da)幅(fu)度(du)的(de)改(gai)進(jin),未(wei)來(lai)也(ye)還(hai)看(kan)不(bu)到(dao)有(you)任(ren)何(he)重(zhong)要(yao)的(de)突(tu)破(po)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)仰(yang)賴(lai)積(ji)體(ti)電(dian)路(lu)(IC)技術遵守嚴格的功耗規格來延長設備的工作時間。
在我們討論負載開關之前,需要先檢視一下電池技術、電池上的負載、以及負載開關的要求。在固定的充電條件下,如果所有電流消耗路徑都已知,要估計電池壽命可以相對簡單的。普遍的情形是並非100mA電流的受控工作週期(controlled duty cycle)感測器單獨影響功耗,而是許多小於1mAqieshizhonglianjiedeloudiancaozaihuanmandixiaohaonengliang。bixubazhexieloudiancaoculvedijiadaogonglvgongshidangzhong,raner,gengkunnandeshi,danggeidingdegongnenghuoganceqiqiyongshi,huifashengshuntaifengzhi。zhexiejianfengzhidefuduhe週qihuishoudaojiance,yonglaizuoweinengliangjisuan,tongchangweiyicifengzhijieguoyujianfengshuliangxiangcheng。
在所有常規負載已知後,就可以直截了當地計算工作時間。目前,電池按mAh的標度來計算,而非先前的庫侖,也就是1000mAh的電池在其標稱電池電壓下可以提供一小時1A電流或10小時100mA電流。
電池工作時間(h)=電池額定值(mAh)∕總體電流消耗(mA)
當工作電流被分配在以浪湧電流(例如1500mA)工作100ms,以及以連續電流(例如20mA的LED指示器)工作剩餘的時間時,對於這段時間的平均電流可以進行線性計算。
每小時平均電流=(1.5A×0.100s∕3600s)+(0.020A×3599.9s∕3600s)=20.04mA
用(yong)此(ci)時(shi)域(yu)中(zhong)耗(hao)電(dian)的(de)概(gai)念(nian)來(lai)看(kan),可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)瞭(liao)解(jie)到(dao)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)隔(ge)離(li)連(lian)續(xu),但(dan)較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)。短(duan)期(qi)間(jian)的(de)尖(jian)銳(rui)脈(mai)衝(衝)並(bing)非(fei)是(shi)罪(zui)魁(kui)禍(huo)首(shou),如(ru)果(guo)不(bu)隔(ge)離(li),數(shu)以(yi)百(bai)計(ji)的(de)uA級電流消耗合計會達到mA的水準。此轉換將帶來軟功率爬升(soft power ramps)的重要性,尤其是當電源被使用到下遊IC,來減少在脆弱的mAh電池額定值上所不想要有的大電壓尖峰時。
關(guan)於(yu)湧(yong)浪(lang)和(he)穩(wen)定(ding)功(gong)耗(hao)的(de)影(ying)響(xiang),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)出(chu)來(lai)討(tao)論(lun)。這(zhe)些(xie)對(dui)電(dian)池(chi)的(de)影(ying)響(xiang)會(hui)隨(sui)電(dian)池(chi)化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)和(he)浪(lang)湧(yong)功(gong)耗(hao)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)而(er)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。一(yi)個(ge)普(pu)遍(bian)的(de)觀(guan)念(nian),相(xiang)比(bi)較(jiao)輕(qing)而(er)持(chi)續(xu)的(de)負(fu)載(zai),合(he)理(li)比(bi)例(li)的(de)浪(lang)湧(yong)可(ke)以(yi)帶(dai)來(lai)更(geng)長(chang)的(de)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。要(yao)瞭(liao)解(jie)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)具(ju)體(ti)情(qing)形(xing),請(qing)洽(qia)詢(xun)電(dian)池(chi)供(gong)應(ying)商(shang)。電(dian)池(chi)組(zu)的(de)電(dian)壓(ya)隨(sui)著(zhe)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)而(er)下(xia)降(jiang)也(ye)未(wei)討(tao)論(lun)。在(zai)基(ji)於(yu)純(chun)電(dian)流(liu)的(de)上(shang)述(shu)公(gong)式(shi)裡(裡),我(wo)們(men)假(jia)設(she)電(dian)壓(ya)Vbatt是恒定的。而且,這取決於電池所使用的技術。對於鹼性塬電池(不可充電),Vmax為1.5V,在大多數情況下,這裡的Vmin假設為0.9V。可充電單節鋰電池Li-ion電池的標稱狀態電壓為3.7V,然而可以充電至最大4.2V,而且仍然可以降落到2.5至3V的最低電壓Vmin,這對實際充電具有較大的影響。
理解了實際電流消耗是如何耗盡電池電平,我們現在可以研究不同的方法來隔離下遊耗電。將會用到高側(high side)和低側(low side)開關等這些詞彙。高側意味著開關將處於工作電平(rail)電路中且實際上電流由源極流至負載,通過接地電路返回。低側開關則在負載的對麵且使電流流向接地電路。
將此簡單的開關塬理應用到普通的FET類型上,圖1顯示了基本的N溝道和P溝道MOSFET對於負載隔離的性能表現,每種都有其優點和缺點。從PN結截麵圖像開始,我們可以快速說明截麵b有如高側的P溝道。N溝道用來驅動閘極以簡化邏輯輸入控製。塬理圖b的缺點是,假如負載電壓高於電池電壓,能夠給體二極體施加正向偏置。通過在高側使用雙P溝道FET,塬理圖c解決了這個缺點,這是一個用於主電平的非常普通的電池隔離方法。
為什麼N溝道FET無法用於高側開關呢?N溝道FET的教科書上的特性就是能夠啟動開關並使其處於線性區域,根據資料表(Datasheet)deyuzhidianya,zhadianyabixuchaoguoloudianya。yinweizaidianchiyingyongzhongdezhudianpingtongchangweikeyongdezuigaodianping,bixu採yongzijuhuogelishiqudongdefangfa。zhehuidailaiewaidechengben,raner,ciN溝道高側開關方法對於較大電流應用是必須的。視電壓範圍而定,N溝道的Rdson可減少20~50%。除了由於Rdson所引起的損耗外,較高的電壓,也就是高於200V,使得P溝道FET要麼成本高昂,要麼完全由於技術限製而無法提供。[page]
智慧型MOSFET技術
duiyudaduoshuyingyong,chuantongdefuzaikaiguanshiyouxiaode,danbenwendetaolunjiangjinzhuanzhuyuyiliaoyingyong。zhexieshebeixuyaojigaodekekaoxing,bingqiezaidaduoshuqingkuangxiashibukezhongfuchongdiande,yinciyaorenzhenyanjiugonghaohegeli。
快捷半導體的Intellimax產品組合能夠滿足智慧型MOSFET的功能性要求。圖2顯示了其標準的內部方塊圖,雖然基於所需要的特性,它會根據設備而有所不同。此圖以P溝道為基礎,高側電路位於Vin和Vout間。引腳數量已減至最少,以便讓封裝尺寸保持愈小愈好。而涉及到封裝方麵,這些元件可以採用小至1mm×1mm的晶片級封裝(Chip Scale Packaging,CSP),或者採用廣為使用中的無引線uPak封裝,也稱為MLP。對於塬型(protype)的需要及空間限製較少的設計而言,也可以使用SC70、SOT23和SO8。
智慧型MOSFET的工作電壓Vin根據它們的製造製程而不同。對於快捷半導體的Intellimax產品線,推薦的工作電壓範圍為從0.8V至5.5V。本文中隨後將探討高壓智慧型FET。請注意輸入電壓和控製電壓間的差異是非常重要的。輸入電壓Vin是用於高側負載開關的實際額定值。在圖2中標記為ON的控製電壓電平,是開啟負載開關所需要的電壓數值。圖3取自Intellimax FPF1039資料表,顯示了開啟整合P溝道FET所需要的實際Von電壓,因為它與Vin電源電壓有關。
資料表中的規格增加了針對製程、電壓和溫度變化的緩衝,表明Von必須超過1.0V來開啟開關,並且必須低於0.4V來關閉開關。這帶來了非常簡單的驅動電路,可以直接連接至微處理器。此Von規格隨元件而不同且可能不一定會如圖3那樣平坦。不要停留在資料表中顯示靜態閾值電平的那一行;可以參照曲線來瞭解全部詳情。
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如上所述,此邏輯電平Von使功能介麵易於連接至微處理器,但熱關斷和過電流保護(over current protection,OCP),也能通過Flag引腳而介接良好。此特性並未整合在如FPF1039的最小Intellimax解決方案中,因而我們轉而採用FPF2303。此雙輸出負載開關能夠驅動1.3A負載,具有先前提到的所有特性,而且還包含Flag特性和反向電流阻斷。Flag是一個漏極開路邏輯電平,能夠直接與處理器上的狀態引腳相連接。反向電流阻斷如傳統負載開關圖中所示,但需要雙MOSFET的方法。快捷半導體的專有方法將此整合到P溝道中,並且在IC內(nei)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)功(gong)能(neng)而(er)無(wu)需(xu)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)。假(jia)如(ru)發(fa)生(sheng)了(le)開(kai)關(guan)負(fu)載(zai)側(ce)的(de)電(dian)勢(shi)高(gao)於(yu)電(dian)池(chi)側(ce)的(de)狀(zhuang)況(kuang),則(ze)必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)阻(zu)斷(duan)特(te)性(xing)。這(zhe)會(hui)發(fa)生(sheng)在(zai)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)多(duo)個(ge)初(chu)始(shi)電(dian)壓(ya)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)池(chi),或(huo)發(fa)生(sheng)在(zai)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)期(qi)間(jian)。大(da)體(ti)積(ji)電(dian)容(rong)器(qi)也(ye)有(you)提(ti)供(gong)delta值的傾向。
對於負載開關,經常被忽視的規格就是ESD額定值,因為過去大多數的MOSFET並未將ESD保護整合在內。最近,ESD保護已被加進離散的P溝道MOSFET,它們在其中隻是作為具有成本效益的負載開關。這以FET閘極上的背對背齊納(back to back zener)二極體箝位的形式出現。這增加了閘極的電容量,使它不太可能成為開關應用(馬達驅動、電源等等的候選方案,但在增加2K HBM (Human Body Model,人體放電模式)齊納二極體的情況下,可使閘極更加牢固。Intellimax甚至更進一步,在智慧型FET中整合了ESD結構,可以達到雙倍的ESD額定值至4KV HBM。ESD未來還可更進一步的改善。對於醫療應用,ESD是重要的特性,因為線路板在裝配室間常常是無包裝運送的,以完成在塑膠膠殼以及密封外殼中的佈置。對於與ESD相關失效,每個運送點都有潛在風險,尤其是在引腳和連接器從線路板上連接至電池或中間夾層時。
我們應該更進一步鑽研的下一代智慧型FET的特性是當開關關閉時會發生什麼?採用離散Pgoudaodechuantongfuzaikaiguankeyiwanquanguanbibinglianjieshuruzhishuchu,buguanshizhongfuzaihaishidadianrongzairuzaishuchujiaoshang。ruguozhezhongqingkuangfasheng,tongchangchujiduanshurudianpinghuixianshidianyatujiang,takenengyingxiangyupianzhidianpingxiangguanliandejingmileibishuweizhuanhuanqi(ADC)或感測器。在過去,電阻/電容(R/C)網路添加至閘極以降低開啟速度,但這會增加專案的設計時間和規模。Intellimax支援轉換速率控製特性,藉著在輸入端限製浪湧電流,可使電平中斷最小化。圖4顯示了此方案在實證研究的實驗室測試中的一個例證。注意,左邊為採用傳統P溝道方法對Vin電平的影響,右邊的則是Intellimax器件的影響。
智慧型MOSFET增加可靠性
不bu利li事shi件jian發fa生sheng時shi要yao求qiu從cong輸shu入ru斷duan開kai負fu載zai以yi防fang止zhi更geng進jin一yi步bu的de損sun壞huai,這zhe是shi解jie決jue可ke靠kao性xing問wen題ti的de主zhu要yao考kao慮lv因yin素su。過guo去qu的de傳chuan統tong負fu載zai開kai關guan非fei常chang簡jian單dan且qie並bing不bu提ti供gong電dian流liu保bao護hu或huo熱re保bao護hu。可ke以yi增zeng加jia電dian流liu保bao護hu,但dan這zhe將jiang增zeng加jia一yi些xie外wai部bu元yuan件jian並bing要yao求qiu對dui被bei動dong元yuan件jian有you更geng精jing確que的de選xuan擇ze公gong差cha。總zong而er言yan之zhi,被bei動dong方fang式shi能neng夠gou在zai足zu夠gou短duan的de時shi間jian內nei作zuo出chu反fan應ying,以yi防fang止zhi下xia遊you損sun壞huai嗎ma?熱re感gan測ce就jiu是shi在zai類lei似si的de比bi較jiao基ji礎chu上shang應ying用yong的de。
過(guo)流(liu)和(he)過(guo)熱(re)關(guan)斷(duan)事(shi)件(jian)的(de)細(xi)節(jie)隨(sui)設(she)備(bei)而(er)不(bu)同(tong)。雖(sui)然(ran)某(mou)些(xie)關(guan)斷(duan)是(shi)即(ji)時(shi)的(de),並(bing)要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)週(週)期(qi)重(zhong)新(xin)連(lian)接(jie)至(zhi)負(fu)載(zai),其(qi)它(ta)狀(zhuang)況(kuang)則(ze)是(shi)在(zai)確(que)信(xin)溫(wen)度(du)和(he)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)是(shi)安(an)全(quan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),經(jing)過(guo)重(zhong)試(shi)模(mo)式(shi)不(bu)斷(duan)地(di)嚐(chang)試(shi)重(zhong)新(xin)接(jie)通(tong)。在(zai)仔(zai)細(xi)檢(jian)視(shi)資(zi)料(liao)表(biao)後(hou),可(ke)以(yi)在(zai)設(she)備(bei)選(xuan)擇(ze)上(shang)消(xiao)除(chu)任(ren)何(he)困(kun)惑(huo)。對(dui)於(yu)Intellimax器件的熱關斷,通常大多數IC,並bing不bu依yi賴lai這zhe個ge特te性xing作zuo為wei常chang規gui作zuo法fa。也ye就jiu是shi說shuo,在zai正zheng常chang使shi用yong中zhong,如ru果guo預yu期qi會hui發fa生sheng熱re事shi件jian,應ying該gai使shi用yong單dan獨du溫wen度du感gan測ce這zhe一yi常chang規gui做zuo法fa。依yi賴lai連lian續xu的de過guo熱re關guan斷duan可ke能neng會hui降jiang低diIC的性能。
如果偵測到會發生過流,可以在IC工(gong)廠(chang)內(nei)預(yu)設(she)閾(yu)值(zhi)電(dian)平(ping)。也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)某(mou)些(xie)智(zhi)慧(hui)型(xing)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)中(zhong),採(採)用(yong)電(dian)阻(zu)接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)在(zai)外(wai)部(bu)設(she)定(ding)該(gai)電(dian)平(ping)。而(er)大(da)多(duo)數(shu)都(dou)具(ju)有(you)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu),最(zui)新(xin)增(zeng)加(jia)的(de)方(fang)法(fa)是(shi),在(zai)特(te)定(ding)的(de)電(dian)流(liu)斷(duan)開(kai)方(fang)麵(mian)採(採)用(yong)顯(xian)著(zhe)改(gai)進(jin)的(de)容(rong)差(cha),範(範)圍(wei)從(cong)100mA到2A。在短短的幾年裡,電流檢測容差已經從30%降至10%的準確度。當選擇閾值電平時,注意最小和最大規格可以根據製程、電dian壓ya和he溫wen度du而er變bian化hua。電dian流liu的de動dong態tai範範圍wei比bi較jiao大da,因yin而er難nan以yi提ti供gong精jing確que的de和he一yi致zhi的de轉zhuan變bian點dian。當dang接jie近jin檢jian測ce點dian時shi,對dui非fei常chang緩huan慢man的de電dian流liu爬pa升sheng作zuo出chu反fan應ying也ye是shi困kun難nan的de。假jia如ru精jing確que的de電dian流liu感gan測ce和he負fu載zai斷duan開kai是shi很hen重zhong要yao的de,有you可ke能neng對dui輸shu出chu增zeng加jia少shao量liang電dian感gan。這zhe將jiang「緩衝」電流di/dt的變化,允許智慧型FET更準確地感測delta值。電感的大小將直接反映電流轉變的敏感性。在發生過電流事件後,智慧型MOSFET的(de)每(mei)個(ge)係(xi)列(lie)的(de)反(fan)應(ying)不(bu)同(tong)。某(mou)些(xie)完(wan)全(quan)斷(duan)開(kai),其(qi)它(ta)的(de)則(ze)採(採)用(yong)預(yu)設(she)步(bu)驟(zhou)緩(huan)降(jiang)電(dian)流(liu),而(er)某(mou)些(xie)甚(shen)至(zhi)在(zai)最(zui)安(an)全(quan)的(de)可(ke)承(cheng)受(shou)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)上(shang)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)。請(qing)在(zai)選(xuan)擇(ze)元(yuan)件(jian)時(shi)密(mi)切(qie)注(zhu)意(yi)這(zhe)個(ge)規(gui)格(ge)。
智慧型MOSFET規格比較
在討論了優點之後,當選擇智慧型MOSFET時,什麼是必須嚴密評估的可能缺點或敏感規格?關鍵在於智慧型FET內的智慧功能。當然,電源必須被用來感測電流並驅動高側開關。這會寫在資料表的靜態電流規格中,它是在IC內所使用的有效電流,可校驗和驅動負載開關。對於快捷半導體的Intellimax產品線,此規格最小低於1μA。對於那些尋求最長電池壽命的應用,還必須嚴格比較所列的漏電流。
在比較智慧型FET時,或許在所評估的資料表中最常用的資料與普通離散MOSFET資料表上同樣關注的資料是相同的。高側FET的導通電阻,被稱為Rdson,是用來計算穿過負載開關的損耗的關鍵數字。此Rdson將基於輸入電壓而變化,因為相同的Vin被用於驅動高側FET,因而把Ron作為用於特定應用的目標資料是實際的。當應用將實際工作於50%時,Vin常常用於計算最低Ron,因而不要在兩個資料表中比較絕對最低的Rdson。基於此一Ron值,如果負載需要的電流是已知的,可以計算FET兩端的損耗。對於Intellimax,Rdson的範圍可以從20歐姆到200歐姆,取決於特性和封裝尺寸。
另一個有時會被忽視的資料表細節就是高側FET的最大電壓。為了讓Rdson最低,Intellimax產品線限製了輸入電壓至6V。這對於電池供電的應用是完美的,無論是3.7V可充電電池還是AA電池組。由於手機的廣泛應用,3.7V單dan節jie鋰li離li子zi電dian池chi組zu在zai可ke攜xie式shi醫yi療liao應ying用yong中zhong正zheng變bian得de非fei常chang普pu遍bian。然ran而er,醫yi療liao應ying用yong可ke能neng還hai要yao求qiu液ye壓ya泵beng或huo風feng扇shan在zai脫tuo離li核he心xin電dian池chi組zu的de電dian壓ya下xia工gong作zuo。這zhe裡裡最zui普pu通tong的de電dian池chi為wei雙shuang重zhong或huo叁san重zhong堆dui疊die可ke充chong電dian電dian池chi,使shi電dian壓ya達da到dao8V到12V。在過去,離散MOSFET在這些電壓電平下使用。新的開發成果已使智慧型FET達到更高的電壓。
快捷半導體的AccuPower係列整合式負載開關基於絕對最大40V、推薦的36V的製程,這是中等電壓應用中很大的技術飛躍。首個IC將採用100歐姆技術,具有Intellimax係列所支援的相同特性,但也將包括可調節的電流限製和供電良好(Pgood)引腳。因為較長的電壓爬升,負載應該在36V電壓,Pgood功能將提示微處理器輸出端可接受的電平水準。可調節電流限製開啟了醫療應用。AccuPower器件可以用於驅動DC電磁閥、風扇、泵等等。即使電池電壓在12V,穿過動態繞組負載的L di/dt電壓尖峰將輕易超過12V擊穿電壓或甚至離散FET的20V擊穿電壓。36V擊穿電壓支援這些採用12V和可能的24V電池電壓的負載類型。現已可供應支援這些電壓水準的FPF2700元件。
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醫療用智慧型MOSFET
在回顧了電池技術以及從傳統負載開關到智慧型FET負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)變(bian)遷(qian)的(de)最(zui)新(xin)情(qing)況(kuang)後(hou),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)醫(yi)療(liao)應(ying)用(yong)是(shi)如(ru)何(he)受(shou)益(yi)的(de),然(ran)而(er)所(suo)感(gan)知(zhi)的(de)價(jia)值(zhi)可(ke)能(neng)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。可(ke)攜(xie)式(shi)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)重(zhong)視(shi)電(dian)源(yuan)和(he)負(fu)載(zai)的(de)斷(duan)開(kai),以(yi)期(qi)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。然(ran)而(er),正(zheng)如(ru)我(wo)們(men)所(suo)討(tao)論(lun)的(de),在(zai)開(kai)關(guan)斷(duan)開(kai)後(hou)究(jiu)竟(jing)會(hui)發(fa)生(sheng)什(shen)麼(me)情(qing)況(kuang)也(ye)是(shi)一(yi)樣(yang)重(zhong)要(yao),甚(shen)至(zhi)更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)。在(zai)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)或(huo)過(guo)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)時(shi),電(dian)源(yuan)調(tiao)節(jie)為(wei)更(geng)高(gao)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)增(zeng)添(tian)了(le)立(li)即(ji)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
不管應用為何,負載隔離點的發展趨勢繼續演變,並且智慧型MOSFET可以協助實現更高的性能和更高的可靠性。如果要保持醫療應用對於競爭對手的優勢,要求快速實施一係列功能。傳統P溝道FET將繼續用於簡單的開關,但當可靠性和上市時間成為產品設計的關鍵指標時,就不可忽視智慧型MOSFET技術的最新進展。
- 電池應用中負載開關的演變
- 智慧型MOSFET技術
- 醫療用智慧型MOSFET解決方案
所suo有you關guan於yu醫yi療liao應ying用yong的de產chan品pin在zai要yao求qiu高gao可ke靠kao性xing的de同tong時shi,仍reng然ran需xu要yao提ti供gong終zhong端duan用yong戶hu想xiang要yao的de新xin技ji術shu與yu功gong能neng。由you於yu各ge醫yi療liao設she備bei公gong司si及ji其qi最zui終zhong應ying用yong間jian的de競jing爭zheng愈yu來lai愈yu激ji烈lie,功gong能neng急ji劇ju增zeng加jia,但dan是shi並bing未wei考kao慮lv到dao另ling外wai一yi個ge可ke能neng帶dai來lai產chan品pin失shi敗bai的de因yin素su。所suo有you這zhe些xie因yin素su都dou與yu電dian源yuan有you關guan,而er且qie重zhong要yao的de是shi我wo們men需xu要yao採採用yong最zui新xin的de技ji術shu來lai使shi風feng險xian最zui小xiao化hua。
智慧型MOSFET是這些促進技術進步的因素之一,且其普及性一值增加。由於標準P溝道(P-channel)FET的驅動要求簡單,它常常被用於轉換電源分配節點、連接充電路徑、連接器熱插拔、zhiliudianliudengdeng。yinweizhexieyuanjianchuyuguanjianlujingzhong,qishixiaohuirangxiayoudeganceqihuochuliqishiquzuoyong,yinerduikekaodegonglvkaiguanjinxingtouzi,bianchengweiyimingzhidezuofa。xiangjiaoyudengxiaodeP溝道∕N溝道組合方法,Intellimax FET整合了P溝道FET和邏輯級驅動器,以便簡單控製這個已經減少的Rdson FET。為讓可靠性增加,這些元件整合了ESD保護、熱保護、過電流保護、過電壓保護,以及反向電流阻斷。所有這些都為醫療應用帶來了更高的價值和更高的可靠性。
下文將介紹負載開關的技術和其存在於當前電源架構中的塬因。它的應用案例將在實驗室範圍呈現。我們將討論小於6V的應用,可充電的可攜式醫療應用應該可以從中受益。本文也將討論快捷半導體最新技術進展所實現的全新40V智慧型FET應用,將提供具有價值的分析結果,展示智慧型FET是如何成為醫療產業中智慧化發展的趨勢。
電池應用中負載開關的演變
從(cong)電(dian)池(chi)被(bei)導(dao)入(ru)到(dao)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)中(zhong)開(kai)始(shi),對(dui)於(yu)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)的(de)需(xu)求(qiu)就(jiu)一(yi)直(zhi)存(cun)在(zai)著(zhe)。導(dao)入(ru)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)行(xing)動(dong)電(dian)源(yuan),意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)使(shi)用(yong)期(qi)間(jian)電(dian)池(chi)將(jiang)會(hui)不(bu)停(ting)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)。顯(xian)然(ran)地(di),設(she)計(ji)的(de)節(jie)能(neng)特(te)性(xing)會(hui)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)和(he)充(chong)電(dian)之(zhi)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)。在(zai)最(zui)近(jin)這(zhe)幾(ji)年(nian),電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)並(bing)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)任(ren)何(he)大(da)幅(fu)度(du)的(de)改(gai)進(jin),未(wei)來(lai)也(ye)還(hai)看(kan)不(bu)到(dao)有(you)任(ren)何(he)重(zhong)要(yao)的(de)突(tu)破(po)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)仰(yang)賴(lai)積(ji)體(ti)電(dian)路(lu)(IC)技術遵守嚴格的功耗規格來延長設備的工作時間。
在我們討論負載開關之前,需要先檢視一下電池技術、電池上的負載、以及負載開關的要求。在固定的充電條件下,如果所有電流消耗路徑都已知,要估計電池壽命可以相對簡單的。普遍的情形是並非100mA電流的受控工作週期(controlled duty cycle)感測器單獨影響功耗,而是許多小於1mAqieshizhonglianjiedeloudiancaozaihuanmandixiaohaonengliang。bixubazhexieloudiancaoculvedijiadaogonglvgongshidangzhong,raner,gengkunnandeshi,danggeidingdegongnenghuoganceqiqiyongshi,huifashengshuntaifengzhi。zhexiejianfengzhidefuduhe週qihuishoudaojiance,yonglaizuoweinengliangjisuan,tongchangweiyicifengzhijieguoyujianfengshuliangxiangcheng。
在所有常規負載已知後,就可以直截了當地計算工作時間。目前,電池按mAh的標度來計算,而非先前的庫侖,也就是1000mAh的電池在其標稱電池電壓下可以提供一小時1A電流或10小時100mA電流。
電池工作時間(h)=電池額定值(mAh)∕總體電流消耗(mA)
當工作電流被分配在以浪湧電流(例如1500mA)工作100ms,以及以連續電流(例如20mA的LED指示器)工作剩餘的時間時,對於這段時間的平均電流可以進行線性計算。
每小時平均電流=(1.5A×0.100s∕3600s)+(0.020A×3599.9s∕3600s)=20.04mA
用(yong)此(ci)時(shi)域(yu)中(zhong)耗(hao)電(dian)的(de)概(gai)念(nian)來(lai)看(kan),可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)瞭(liao)解(jie)到(dao)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)隔(ge)離(li)連(lian)續(xu),但(dan)較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)。短(duan)期(qi)間(jian)的(de)尖(jian)銳(rui)脈(mai)衝(衝)並(bing)非(fei)是(shi)罪(zui)魁(kui)禍(huo)首(shou),如(ru)果(guo)不(bu)隔(ge)離(li),數(shu)以(yi)百(bai)計(ji)的(de)uA級電流消耗合計會達到mA的水準。此轉換將帶來軟功率爬升(soft power ramps)的重要性,尤其是當電源被使用到下遊IC,來減少在脆弱的mAh電池額定值上所不想要有的大電壓尖峰時。
關(guan)於(yu)湧(yong)浪(lang)和(he)穩(wen)定(ding)功(gong)耗(hao)的(de)影(ying)響(xiang),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)出(chu)來(lai)討(tao)論(lun)。這(zhe)些(xie)對(dui)電(dian)池(chi)的(de)影(ying)響(xiang)會(hui)隨(sui)電(dian)池(chi)化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)和(he)浪(lang)湧(yong)功(gong)耗(hao)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)而(er)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。一(yi)個(ge)普(pu)遍(bian)的(de)觀(guan)念(nian),相(xiang)比(bi)較(jiao)輕(qing)而(er)持(chi)續(xu)的(de)負(fu)載(zai),合(he)理(li)比(bi)例(li)的(de)浪(lang)湧(yong)可(ke)以(yi)帶(dai)來(lai)更(geng)長(chang)的(de)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。要(yao)瞭(liao)解(jie)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)具(ju)體(ti)情(qing)形(xing),請(qing)洽(qia)詢(xun)電(dian)池(chi)供(gong)應(ying)商(shang)。電(dian)池(chi)組(zu)的(de)電(dian)壓(ya)隨(sui)著(zhe)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)而(er)下(xia)降(jiang)也(ye)未(wei)討(tao)論(lun)。在(zai)基(ji)於(yu)純(chun)電(dian)流(liu)的(de)上(shang)述(shu)公(gong)式(shi)裡(裡),我(wo)們(men)假(jia)設(she)電(dian)壓(ya)Vbatt是恒定的。而且,這取決於電池所使用的技術。對於鹼性塬電池(不可充電),Vmax為1.5V,在大多數情況下,這裡的Vmin假設為0.9V。可充電單節鋰電池Li-ion電池的標稱狀態電壓為3.7V,然而可以充電至最大4.2V,而且仍然可以降落到2.5至3V的最低電壓Vmin,這對實際充電具有較大的影響。
理解了實際電流消耗是如何耗盡電池電平,我們現在可以研究不同的方法來隔離下遊耗電。將會用到高側(high side)和低側(low side)開關等這些詞彙。高側意味著開關將處於工作電平(rail)電路中且實際上電流由源極流至負載,通過接地電路返回。低側開關則在負載的對麵且使電流流向接地電路。
將此簡單的開關塬理應用到普通的FET類型上,圖1顯示了基本的N溝道和P溝道MOSFET對於負載隔離的性能表現,每種都有其優點和缺點。從PN結截麵圖像開始,我們可以快速說明截麵b有如高側的P溝道。N溝道用來驅動閘極以簡化邏輯輸入控製。塬理圖b的缺點是,假如負載電壓高於電池電壓,能夠給體二極體施加正向偏置。通過在高側使用雙P溝道FET,塬理圖c解決了這個缺點,這是一個用於主電平的非常普通的電池隔離方法。
為什麼N溝道FET無法用於高側開關呢?N溝道FET的教科書上的特性就是能夠啟動開關並使其處於線性區域,根據資料表(Datasheet)deyuzhidianya,zhadianyabixuchaoguoloudianya。yinweizaidianchiyingyongzhongdezhudianpingtongchangweikeyongdezuigaodianping,bixu採yongzijuhuogelishiqudongdefangfa。zhehuidailaiewaidechengben,raner,ciN溝道高側開關方法對於較大電流應用是必須的。視電壓範圍而定,N溝道的Rdson可減少20~50%。除了由於Rdson所引起的損耗外,較高的電壓,也就是高於200V,使得P溝道FET要麼成本高昂,要麼完全由於技術限製而無法提供。[page]

智慧型MOSFET技術
duiyudaduoshuyingyong,chuantongdefuzaikaiguanshiyouxiaode,danbenwendetaolunjiangjinzhuanzhuyuyiliaoyingyong。zhexieshebeixuyaojigaodekekaoxing,bingqiezaidaduoshuqingkuangxiashibukezhongfuchongdiande,yinciyaorenzhenyanjiugonghaohegeli。
快捷半導體的Intellimax產品組合能夠滿足智慧型MOSFET的功能性要求。圖2顯示了其標準的內部方塊圖,雖然基於所需要的特性,它會根據設備而有所不同。此圖以P溝道為基礎,高側電路位於Vin和Vout間。引腳數量已減至最少,以便讓封裝尺寸保持愈小愈好。而涉及到封裝方麵,這些元件可以採用小至1mm×1mm的晶片級封裝(Chip Scale Packaging,CSP),或者採用廣為使用中的無引線uPak封裝,也稱為MLP。對於塬型(protype)的需要及空間限製較少的設計而言,也可以使用SC70、SOT23和SO8。
資料表中的規格增加了針對製程、電壓和溫度變化的緩衝,表明Von必須超過1.0V來開啟開關,並且必須低於0.4V來關閉開關。這帶來了非常簡單的驅動電路,可以直接連接至微處理器。此Von規格隨元件而不同且可能不一定會如圖3那樣平坦。不要停留在資料表中顯示靜態閾值電平的那一行;可以參照曲線來瞭解全部詳情。
如上所述,此邏輯電平Von使功能介麵易於連接至微處理器,但熱關斷和過電流保護(over current protection,OCP),也能通過Flag引腳而介接良好。此特性並未整合在如FPF1039的最小Intellimax解決方案中,因而我們轉而採用FPF2303。此雙輸出負載開關能夠驅動1.3A負載,具有先前提到的所有特性,而且還包含Flag特性和反向電流阻斷。Flag是一個漏極開路邏輯電平,能夠直接與處理器上的狀態引腳相連接。反向電流阻斷如傳統負載開關圖中所示,但需要雙MOSFET的方法。快捷半導體的專有方法將此整合到P溝道中,並且在IC內(nei)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)功(gong)能(neng)而(er)無(wu)需(xu)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)。假(jia)如(ru)發(fa)生(sheng)了(le)開(kai)關(guan)負(fu)載(zai)側(ce)的(de)電(dian)勢(shi)高(gao)於(yu)電(dian)池(chi)側(ce)的(de)狀(zhuang)況(kuang),則(ze)必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)阻(zu)斷(duan)特(te)性(xing)。這(zhe)會(hui)發(fa)生(sheng)在(zai)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)多(duo)個(ge)初(chu)始(shi)電(dian)壓(ya)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)池(chi),或(huo)發(fa)生(sheng)在(zai)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)期(qi)間(jian)。大(da)體(ti)積(ji)電(dian)容(rong)器(qi)也(ye)有(you)提(ti)供(gong)delta值的傾向。
對於負載開關,經常被忽視的規格就是ESD額定值,因為過去大多數的MOSFET並未將ESD保護整合在內。最近,ESD保護已被加進離散的P溝道MOSFET,它們在其中隻是作為具有成本效益的負載開關。這以FET閘極上的背對背齊納(back to back zener)二極體箝位的形式出現。這增加了閘極的電容量,使它不太可能成為開關應用(馬達驅動、電源等等的候選方案,但在增加2K HBM (Human Body Model,人體放電模式)齊納二極體的情況下,可使閘極更加牢固。Intellimax甚至更進一步,在智慧型FET中整合了ESD結構,可以達到雙倍的ESD額定值至4KV HBM。ESD未來還可更進一步的改善。對於醫療應用,ESD是重要的特性,因為線路板在裝配室間常常是無包裝運送的,以完成在塑膠膠殼以及密封外殼中的佈置。對於與ESD相關失效,每個運送點都有潛在風險,尤其是在引腳和連接器從線路板上連接至電池或中間夾層時。
我們應該更進一步鑽研的下一代智慧型FET的特性是當開關關閉時會發生什麼?採用離散Pgoudaodechuantongfuzaikaiguankeyiwanquanguanbibinglianjieshuruzhishuchu,buguanshizhongfuzaihaishidadianrongzairuzaishuchujiaoshang。ruguozhezhongqingkuangfasheng,tongchangchujiduanshurudianpinghuixianshidianyatujiang,takenengyingxiangyupianzhidianpingxiangguanliandejingmileibishuweizhuanhuanqi(ADC)或感測器。在過去,電阻/電容(R/C)網路添加至閘極以降低開啟速度,但這會增加專案的設計時間和規模。Intellimax支援轉換速率控製特性,藉著在輸入端限製浪湧電流,可使電平中斷最小化。圖4顯示了此方案在實證研究的實驗室測試中的一個例證。注意,左邊為採用傳統P溝道方法對Vin電平的影響,右邊的則是Intellimax器件的影響。

智慧型MOSFET增加可靠性
不bu利li事shi件jian發fa生sheng時shi要yao求qiu從cong輸shu入ru斷duan開kai負fu載zai以yi防fang止zhi更geng進jin一yi步bu的de損sun壞huai,這zhe是shi解jie決jue可ke靠kao性xing問wen題ti的de主zhu要yao考kao慮lv因yin素su。過guo去qu的de傳chuan統tong負fu載zai開kai關guan非fei常chang簡jian單dan且qie並bing不bu提ti供gong電dian流liu保bao護hu或huo熱re保bao護hu。可ke以yi增zeng加jia電dian流liu保bao護hu,但dan這zhe將jiang增zeng加jia一yi些xie外wai部bu元yuan件jian並bing要yao求qiu對dui被bei動dong元yuan件jian有you更geng精jing確que的de選xuan擇ze公gong差cha。總zong而er言yan之zhi,被bei動dong方fang式shi能neng夠gou在zai足zu夠gou短duan的de時shi間jian內nei作zuo出chu反fan應ying,以yi防fang止zhi下xia遊you損sun壞huai嗎ma?熱re感gan測ce就jiu是shi在zai類lei似si的de比bi較jiao基ji礎chu上shang應ying用yong的de。
過(guo)流(liu)和(he)過(guo)熱(re)關(guan)斷(duan)事(shi)件(jian)的(de)細(xi)節(jie)隨(sui)設(she)備(bei)而(er)不(bu)同(tong)。雖(sui)然(ran)某(mou)些(xie)關(guan)斷(duan)是(shi)即(ji)時(shi)的(de),並(bing)要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)週(週)期(qi)重(zhong)新(xin)連(lian)接(jie)至(zhi)負(fu)載(zai),其(qi)它(ta)狀(zhuang)況(kuang)則(ze)是(shi)在(zai)確(que)信(xin)溫(wen)度(du)和(he)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)是(shi)安(an)全(quan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),經(jing)過(guo)重(zhong)試(shi)模(mo)式(shi)不(bu)斷(duan)地(di)嚐(chang)試(shi)重(zhong)新(xin)接(jie)通(tong)。在(zai)仔(zai)細(xi)檢(jian)視(shi)資(zi)料(liao)表(biao)後(hou),可(ke)以(yi)在(zai)設(she)備(bei)選(xuan)擇(ze)上(shang)消(xiao)除(chu)任(ren)何(he)困(kun)惑(huo)。對(dui)於(yu)Intellimax器件的熱關斷,通常大多數IC,並bing不bu依yi賴lai這zhe個ge特te性xing作zuo為wei常chang規gui作zuo法fa。也ye就jiu是shi說shuo,在zai正zheng常chang使shi用yong中zhong,如ru果guo預yu期qi會hui發fa生sheng熱re事shi件jian,應ying該gai使shi用yong單dan獨du溫wen度du感gan測ce這zhe一yi常chang規gui做zuo法fa。依yi賴lai連lian續xu的de過guo熱re關guan斷duan可ke能neng會hui降jiang低diIC的性能。
如果偵測到會發生過流,可以在IC工(gong)廠(chang)內(nei)預(yu)設(she)閾(yu)值(zhi)電(dian)平(ping)。也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)某(mou)些(xie)智(zhi)慧(hui)型(xing)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)中(zhong),採(採)用(yong)電(dian)阻(zu)接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)在(zai)外(wai)部(bu)設(she)定(ding)該(gai)電(dian)平(ping)。而(er)大(da)多(duo)數(shu)都(dou)具(ju)有(you)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu),最(zui)新(xin)增(zeng)加(jia)的(de)方(fang)法(fa)是(shi),在(zai)特(te)定(ding)的(de)電(dian)流(liu)斷(duan)開(kai)方(fang)麵(mian)採(採)用(yong)顯(xian)著(zhe)改(gai)進(jin)的(de)容(rong)差(cha),範(範)圍(wei)從(cong)100mA到2A。在短短的幾年裡,電流檢測容差已經從30%降至10%的準確度。當選擇閾值電平時,注意最小和最大規格可以根據製程、電dian壓ya和he溫wen度du而er變bian化hua。電dian流liu的de動dong態tai範範圍wei比bi較jiao大da,因yin而er難nan以yi提ti供gong精jing確que的de和he一yi致zhi的de轉zhuan變bian點dian。當dang接jie近jin檢jian測ce點dian時shi,對dui非fei常chang緩huan慢man的de電dian流liu爬pa升sheng作zuo出chu反fan應ying也ye是shi困kun難nan的de。假jia如ru精jing確que的de電dian流liu感gan測ce和he負fu載zai斷duan開kai是shi很hen重zhong要yao的de,有you可ke能neng對dui輸shu出chu增zeng加jia少shao量liang電dian感gan。這zhe將jiang「緩衝」電流di/dt的變化,允許智慧型FET更準確地感測delta值。電感的大小將直接反映電流轉變的敏感性。在發生過電流事件後,智慧型MOSFET的(de)每(mei)個(ge)係(xi)列(lie)的(de)反(fan)應(ying)不(bu)同(tong)。某(mou)些(xie)完(wan)全(quan)斷(duan)開(kai),其(qi)它(ta)的(de)則(ze)採(採)用(yong)預(yu)設(she)步(bu)驟(zhou)緩(huan)降(jiang)電(dian)流(liu),而(er)某(mou)些(xie)甚(shen)至(zhi)在(zai)最(zui)安(an)全(quan)的(de)可(ke)承(cheng)受(shou)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)上(shang)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)。請(qing)在(zai)選(xuan)擇(ze)元(yuan)件(jian)時(shi)密(mi)切(qie)注(zhu)意(yi)這(zhe)個(ge)規(gui)格(ge)。
智慧型MOSFET規格比較
在討論了優點之後,當選擇智慧型MOSFET時,什麼是必須嚴密評估的可能缺點或敏感規格?關鍵在於智慧型FET內的智慧功能。當然,電源必須被用來感測電流並驅動高側開關。這會寫在資料表的靜態電流規格中,它是在IC內所使用的有效電流,可校驗和驅動負載開關。對於快捷半導體的Intellimax產品線,此規格最小低於1μA。對於那些尋求最長電池壽命的應用,還必須嚴格比較所列的漏電流。
在比較智慧型FET時,或許在所評估的資料表中最常用的資料與普通離散MOSFET資料表上同樣關注的資料是相同的。高側FET的導通電阻,被稱為Rdson,是用來計算穿過負載開關的損耗的關鍵數字。此Rdson將基於輸入電壓而變化,因為相同的Vin被用於驅動高側FET,因而把Ron作為用於特定應用的目標資料是實際的。當應用將實際工作於50%時,Vin常常用於計算最低Ron,因而不要在兩個資料表中比較絕對最低的Rdson。基於此一Ron值,如果負載需要的電流是已知的,可以計算FET兩端的損耗。對於Intellimax,Rdson的範圍可以從20歐姆到200歐姆,取決於特性和封裝尺寸。
另一個有時會被忽視的資料表細節就是高側FET的最大電壓。為了讓Rdson最低,Intellimax產品線限製了輸入電壓至6V。這對於電池供電的應用是完美的,無論是3.7V可充電電池還是AA電池組。由於手機的廣泛應用,3.7V單dan節jie鋰li離li子zi電dian池chi組zu在zai可ke攜xie式shi醫yi療liao應ying用yong中zhong正zheng變bian得de非fei常chang普pu遍bian。然ran而er,醫yi療liao應ying用yong可ke能neng還hai要yao求qiu液ye壓ya泵beng或huo風feng扇shan在zai脫tuo離li核he心xin電dian池chi組zu的de電dian壓ya下xia工gong作zuo。這zhe裡裡最zui普pu通tong的de電dian池chi為wei雙shuang重zhong或huo叁san重zhong堆dui疊die可ke充chong電dian電dian池chi,使shi電dian壓ya達da到dao8V到12V。在過去,離散MOSFET在這些電壓電平下使用。新的開發成果已使智慧型FET達到更高的電壓。
快捷半導體的AccuPower係列整合式負載開關基於絕對最大40V、推薦的36V的製程,這是中等電壓應用中很大的技術飛躍。首個IC將採用100歐姆技術,具有Intellimax係列所支援的相同特性,但也將包括可調節的電流限製和供電良好(Pgood)引腳。因為較長的電壓爬升,負載應該在36V電壓,Pgood功能將提示微處理器輸出端可接受的電平水準。可調節電流限製開啟了醫療應用。AccuPower器件可以用於驅動DC電磁閥、風扇、泵等等。即使電池電壓在12V,穿過動態繞組負載的L di/dt電壓尖峰將輕易超過12V擊穿電壓或甚至離散FET的20V擊穿電壓。36V擊穿電壓支援這些採用12V和可能的24V電池電壓的負載類型。現已可供應支援這些電壓水準的FPF2700元件。
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醫療用智慧型MOSFET
在回顧了電池技術以及從傳統負載開關到智慧型FET負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)變(bian)遷(qian)的(de)最(zui)新(xin)情(qing)況(kuang)後(hou),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)醫(yi)療(liao)應(ying)用(yong)是(shi)如(ru)何(he)受(shou)益(yi)的(de),然(ran)而(er)所(suo)感(gan)知(zhi)的(de)價(jia)值(zhi)可(ke)能(neng)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。可(ke)攜(xie)式(shi)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)重(zhong)視(shi)電(dian)源(yuan)和(he)負(fu)載(zai)的(de)斷(duan)開(kai),以(yi)期(qi)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。然(ran)而(er),正(zheng)如(ru)我(wo)們(men)所(suo)討(tao)論(lun)的(de),在(zai)開(kai)關(guan)斷(duan)開(kai)後(hou)究(jiu)竟(jing)會(hui)發(fa)生(sheng)什(shen)麼(me)情(qing)況(kuang)也(ye)是(shi)一(yi)樣(yang)重(zhong)要(yao),甚(shen)至(zhi)更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)。在(zai)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)或(huo)過(guo)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)時(shi),電(dian)源(yuan)調(tiao)節(jie)為(wei)更(geng)高(gao)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)增(zeng)添(tian)了(le)立(li)即(ji)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
不管應用為何,負載隔離點的發展趨勢繼續演變,並且智慧型MOSFET可以協助實現更高的性能和更高的可靠性。如果要保持醫療應用對於競爭對手的優勢,要求快速實施一係列功能。傳統P溝道FET將繼續用於簡單的開關,但當可靠性和上市時間成為產品設計的關鍵指標時,就不可忽視智慧型MOSFET技術的最新進展。
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