Interrupteur côté haut MOSFET canal P

J'essaie de réduire la dissipation de puissance d'un commutateur côté haut MOSFET à canal P. Ma question est donc:

• Existe-t-il un moyen de modifier ce circuit de sorte que le MOSFET du canal P soit toujours "complètement activé" (mode triode / ohmique), quelle que soit la charge?

Edit 1 : Veuillez ignorer le mécanisme marche / arrêt. La question reste en quelque sorte la même: comment puis-je toujours garder V (sd) le plus petit possible (P-MOSFET complètement allumé / mode ohmique), indépendamment de la charge de sorte que la dissipation de puissance du MOSFET soit minimale.

Edit 2: Le signal commuté est un signal DC. Fondamentalement, le circuit remplace un bouton de commutation.

Edit 3: Tension commutée 30V, courant max commutée 5A.

Connaître la tension commutée et le courant maximum améliorerait considérablement la qualité de réponse disponible.

Les MOSFETS ci-dessous donnent des exemples d'appareils qui répondraient à vos besoins à basse tension (par exemple 10-20 V) à des courants plus élevés que ceux que vous commuteriez dans la plupart des cas.

Le circuit de base n'a pas besoin d'être modifié - utilisez-le tel quel avec un FET approprié - comme ci-dessous.

En mode permanent, le «problème» est facilement résolu.

• Un MOSFET donné aura une résistance bien définie à une tension d'attaque de grille donnée. Cette résistance changera avec la température, mais généralement de moins de 2: 1.

• Pour un MOSFET donné, vous pouvez généralement diminuer la résistance en augmentant la tension de commande de grille, jusqu'au maximum autorisé pour le MOSFET.

• Pour un courant de charge et une tension de commande de grille donnés, vous pouvez choisir le MOSFET avec la plus faible résistance à l'état que vous pouvez vous permettre.

• Vous pouvez obtenir des MOSFETS avec Rdson dans la gamme de 5 à 50 milliohm à des courants allant jusqu'à 10A à un coût raisonnable. Vous pouvez obtenir des prix similaires jusqu'à 50 A à un coût croissant.

Exemples:

En l'absence de bonnes informations, je ferai quelques hypothèses. Ceux-ci peuvent être améliorés en fournissant des données réelles.

Supposons que 12V soit commuté à 10A. Puissance = V x I = 120 Watts.
Avec un Rdson chaud de 50 milliohms, la dissipation de puissance dans le MOSFET sera I ^ 2 x R = 10 ^ 2 x 0,05 = 5 Watts = 5/120 ou environ 4% de la puissance de charge.
Vous auriez besoin d'un dissipateur thermique sur presque tous les emballages.
À 5 milliohms, la dissipation à chaud Rdson serait de 0,5 Watts. et 0,4% de la puissance de charge.
Un TO220 dans l'air immobile suffirait.
Un DPak / TO252 SMD avec un minimum de cuivre PCB pourrait gérer cela OK.

Comme exemple d'un MOSFET SMD qui fonctionnerait bien.
2,6 milliohms Rdson meilleur cas. Dites environ 5 milliohms en pratique. 30V, 60A évalué. 1 $ en volume. Probablement quelques $ en 1. Vous n'utiliseriez jamais le 60A - c'est une limite de package.
À 10 A, c'est une dissipation de 500 mW, comme ci-dessus.
Les données thermiques sont un peu incertaines, mais elles ressemblent à une jonction de 54 C / Watt à la température ambiante sur un PCB permanent de 1 "x 1" FR4.
Donc environ 0,5 W x 54 C / W = 27C d'élévation. Dites 30C. Dans une enceinte, vous obtiendrez une température de jonction de 70 à 80 degrés. Même à Death Valley au milieu de l'été, ça devrait être OK. [Avertissement: NE fermez PAS la porte des toilettes à Zabriski Point au milieu de l'été !!!!] [Même si vous êtes une femme et l'enfer »

Fiche technique AN821 annexée à la fiche technique - Excellent document sur les problèmes thermiques du SO8

Pour 1,77 $ / 1, vous obtenez un appareil TO263 / DPak plutôt agréable.
La fiche technique via ici comprend un mini NDA! Limité par NDA - lisez-le vous-même.
30v, 90A, 62 K / W avec un minimum de cuivre et 40 k / W avec un murmure. C'est un MOSFET génial dans ce type d'application.
Moins de 5 milliohms réalisables à plusieurs 10 ampères. Si vous pouviez accéder à la matrice réelle, vous pourriez peut-être démarrer une petite voiture avec ce commutateur de moteur de démarrage (spécifié à 360A sur les graphiques) MAIS les fils de connexion sont évalués à 90A. c'est-à-dire que le MOSFET à l'intérieur dépasse largement la capacité du package.
Par exemple, une puissance de 30 A = I ^ 2 x R = 30 ^ 2 x 0,003 = 2,7 W.
0,003 ohms semble juste après avoir regardé la fiche technique.

La charge n'est pas le principal problème pour maintenir le Rds aussi bas que possible, c'est le Vgs sur lequel vous devez vous concentrer.
Pour un PMOS, plus la tension de grille est basse, plus le Rds est faible (comme le souligne Russell, des Vgs absolus plus élevés ). Cela signifie que dans ce cas, le point le plus bas du signal d'entrée provoquera le Rds le plus élevé (s'il s'agit d'un signal AC)

Il y a donc 4 options qui me viennent à l'esprit:

1. Réduisez la tension de grille (augmentez Vgs absolus) autant que possible (tout en respectant les spécifications bien sûr)

2. Augmentez le niveau DC du signal (ou réduisez le swing pk-pk)

3. Utilisez un MOSFET à 4 fils (pour pouvoir polariser le substrat séparément de la source) afin que la tension du signal n'affecte pas le Rds.

4. L'évident qui va avec tout ce qui précède - utilisez un MOSFET avec un très faible Vth / Rds

5. Si c'est une option, l'utilisation d'un deuxième MOSFET en parallèle réduira la résistance totale de moitié, de sorte que la dissipation de puissance est divisée par deux. Cela signifie que la dissipation de puissance de chaque MOSFET individuel est de 0,25 de la version à un MOSFET. Cela suppose une correspondance Rds idéale (les MOSFET ont un tempco positif et les composants du même lot seront assez proches, donc ils seront proches) Cela ferait une grande différence, donc cela pourrait valoir la peine d'espace / coût supplémentaire.

Pour montrer comment Rds varie avec le signal d'entrée, regardez ce circuit:

Simulation:

La trace verte est le signal d'entrée et la trace bleue est le MOSFET Rds. On peut voir que la tension du signal d'entrée chute, Rds monte - très nettement en dessous d' un VGS de ~ 1V (la tension de seuil pour ce MOSFET est probablement autour de ce niveau)
Notez que la tension plonge seulement une manière minuscule dans le début du MOSFET Turn- de; cela se produit très rapidement, même quelques millivolts supplémentaires produiraient des Rds considérablement plus élevés.

Cette simulation montre que lorsque le MOSFET est complètement activé, la charge devrait avoir très peu d'effet:

L'axe X est la résistance de charge (R_load) et la trace bleue est le MOSFET Rds sur la plage 1Ω à 10kΩ. Nous pouvons voir que Rds varie de moins de 1 mΩ (je soupçonne que les transitions nettes sont juste SPICE, mais la valeur moyenne devrait être raisonnablement fiable) La tension de grille était de 0 V et la tension d'entrée était de 3 V CC.