P沟道MOSFET高侧开关

我正在尝试减少P沟道MOSFET高侧开关的功耗。所以我的问题是：

• 有什么方法可以修改该电路，以便无论负载如何，P沟道MOSFET始终处于“完全导通”状态（三极管/欧姆模式）？

编辑1：请忽略开/关机制。问题仍然是相同的：我如何始终保持V（sd）尽可能最小（P-MOSFET完全导通/欧姆模式），而与负载无关，从而使MOSFET的功耗最小。

编辑2：开关信号是直流信号。基本上，电路取代了开关按钮。

编辑3：电压开关30V，最大电流开关5A。

知道要切换的电压和最大电流将大大改善可用的应答质量。

下面的MOSFET提供了一些器件示例，这些器件可以在低电压（例如10-20V）下以比大多数情况下要切换的电流高的电流满足您的需求。

基本电路无需修改-如下使用适当的FET一样使用它。

在稳态开启模式下，“问题”很容易解决。

• 在给定的栅极驱动电压下，给定的MOSFET将具有良好的导通电阻。该电阻将随温度变化，但通常小于2：1。

• 对于给定的MOSFET，通常可以通过增加栅极驱动电压来降低导通电阻，直至达到MOSFET允许的最大值。

• 对于给定的负载电流和栅极驱动电压，您可以选择具有最低承受状态电阻的MOSFET。

• 您可以以合理的成本获得5至50毫欧范围内Rdson的MOSFET，电流高达10A。您可以通过增加成本获得高达50A的类似电流。

例子：

在缺乏良好信息的情况下，我会做一些假设。这些可以通过提供实际数据来改善。

假设将12V切换为10A。功率= V x I = 120瓦
当Rdson热为50毫欧时，MOSFET的功耗为I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0.05 = 5瓦= 5/120或负载功率的约4％。
几乎所有封装都需要散热片。
在5毫欧Rdson时，热耗散为0.5瓦。和0.4％的负载功率。
空气中的TO220可以解决这个问题。
使用最少的PCB铜的DPak / TO252 SMD可以满足要求。

作为工作良好的SMD MOSFET的示例。
最佳情况是2.6毫欧Rdson。在实践中说大约5毫欧。30V，60A额定值。数量为1美元。可能是1美元的几美元。您永远不会使用60A-这是包装的限制。
如上所述，在10A时，功耗为500 mW。
热数据有点不确定，但听起来像是在1“ x 1” FR4 PCB稳态下与环境的54 C / Watt结。
因此上升约0.5W x 54 C / W = 27C。说30C。在外壳中，结温可能约为70-80度。即使在仲夏的死亡谷也应该可以。[警告：夏季中旬，请勿关闭Zabriski Point的厕所门！!!!] [即使您是女人，也是地狱的人。

附在数据表上的数据表AN821-关于SO8散热问题​​的优秀论文

对于$ 1.77 / 1，您将获得一个不错的TO263 / DPak器件。
通过此处的数据表包括一个迷你NDA！ 受NDA的限制-请自行阅读。
30v，90A，62 K / W（最小铜）和40 k / W（低声）。这是此类应用中的出色MOSFET。
在许多10安培的电流下可达到5毫欧。如果可以访问实际的模具，则可以以此作为启动电动机开关的小型汽车（在图中指定为360A），但接合线的额定电流为90A。即内部的MOSFET大大超出了封装的能力。
假设30A功率= I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0.003 = 2.7W。
查看数据表后，0.003欧姆似乎还算合理。

负载不是使Rds尽可能低的主要问题，而是您需要集中精力的Vgs。
对于PMOS，栅极电压越低，Rds越低（如罗素指出的，绝对 Vgs 越高）。这意味着在这种情况下，输入信号的最低点将导致最高的Rds（如果是交流信号）

因此，我想到了4种选择：

1. 尽可能降低栅极电压（增加绝对Vgs）（当然不超出规格范围）

2. 升高信号的直流电平（或减小pk-pk摆幅）

3. 使用4引线MOSFET（这样您就可以将衬底与源极分开偏置），以使信号电压不会影响Rds。

4. 以上所有这些都是显而易见的-使用Vth / Rds非常低的MOSFET

5. 如果可以选择，则并联使用第二个MOSFET将使总电阻减小一半，因此功耗降低了一半。这意味着每个单独的MOSFET的功耗为一个MOSFET版本的0.25。假设理想的Rds匹配（MOSFET具有正的温度系数，并且同一批次中的组件将非常接近，因此它将接近），这将产生很大的差异，因此可能值得额外的空间/成本。

为了显示Rds如何随输入信号变化，请看一下该电路：

模拟：

绿色迹线是输入信号，蓝色迹线是MOSFET Rds。我们可以看到，随着输入信号电压的下降，Rds上升-大大低于Vgs的约1V（该MOSFET的阈值电压可能在此水平附近）
。关 这种情况很快发生，即使再加几个毫伏也会产生更高的Rds。

该仿真表明，当MOSFET完全导通时，负载的影响很小：

X轴为负载电阻（R_load），蓝色轨迹为1Ω至10kΩ范围内的MOSFET Rds。我们可以看到Rds的变化小于1mΩ（我怀疑急剧的转变只是SPICE，但平均值应该是合理的）栅极电压为0V，输入电压为3VDC。