FET 선정하기

tl;dr

고용량 저발열 하지만 제어전압 주의

데이터쉬트 잘보자

발열량 반드시 계산해서 패키지 타입 선정하기

전원 제어용으로 FET 많이 사용(여기서는 고속제어용 FET 이야기는 아님. FET-RF 라고 분류되어있는 것을은 GHz대역까지도 사용 가능한 FET. FET은 일반적으로 C 성분이 있어서 on 타임이 필요한데 이를 어떻게 잘 해결한 부류)

고전류를 핸들링 할 수 있고 제어에 따른 전류량이 매우 작아도 되기 때문에 유리한 곳이 있다.

(확인은 안했지만 )일반적으로 BJT에 비해 전류량 대비 저항이 작아서 발열이 적은 장점도 있다.

문제는 GS(Gate-to-Source) 전압이다. 아주 잘 봐야한다.

데이터쉬트 Electrical Characteristic 에는 온도에 따른 Min, Typ, Max 값을 적어두지만 대부분 수백 uA의 작은 전류량을 기준으로 한다. 그렇기 때문에 실제로 사용해야하는 전류량에 따른 Gate 전압을 확인할 필요가 있다.

https://electronics.stackexchange.com/a/56846

(본문에는 풀업, 풀다운을 할 경우 필요한 저항 용량에 대한 고려도 적어주었다. 친절 ㅎㅎ)

데이터쉬트 Electrical Characteristic 아래쪽에 위치한 특성 그래프에서 해당 내용을 확인할 수 있다.

따라서 선택한 FET이 원하는 전류량과 제어전압을 맞출 수 있는지 확인해야한다.

1.8V나 3.3V 로직을 사용하는 경우는 특히 더 유의해야한다. 이런경우 보통은 FET을 바로 제어하지 않고 TR을 사용해서 FET을 제어하는 방식으로 많이 구현한다.

남은 문제는 발열 문제이다. 무조건 0.7V씩 걸리는 TR에 비하면 매우 낮은 저항값=>저발열이지만 발열량에 따른 패키지 타입과 PCB 패드 설계등에 대한 자료를 찾기가 쉽지않다. 어떤 패키지에서 어느정도 W 까지 별 문제가 없는지. 여기에 해당하는 자료는 좀 더 찾아봐야겠다.

Rds On 값은 전류가 흐를 때 FET가 가지는 DS간 내부저항이다. 보통 수 mOhm에서 수백 mOhm까지 있는데 발열을 신경써야하는 전류량이라면 낮을수록 좋다. (디지키에서 보면 0.n mOhm부터 수백Ohm까지 제품이 분포하기는 하는데 수백Ohm짜리를 일반적으로 사용하지는 않을테고... 특별한 경우가 아니면 수십mOhm정도. 신경써야한다면 수mOhm정도면 왠만한 케이스들은 다 커버 가능할 것)

V=IR로 FET에 걸리는 전압 구하고 거기에 전류를 곱하면 발열량이 나온다.

예를 들어 5V 3A를 제어한다고 치고 Rds가 0.030Ohm이면 0.27W의 발열량을 갖는다.

소자 온도가 125도를 넘기지 않도록 설계한다고 할 때 463°C/W 보다 낮은 값을 가지는 패키지를 선택해야한다는 걸 알 수 있다.

일단 http://www.rohm.co.kr/web/korea/tr_what7 여기 자료를 기준으로 판단한다면 상당수의 소형 패키지(SOT-23)들은 최대전류 근처로 동작시킬 수 없다는 결론이 나온다. (발열패드가 있는 TO-252같은 경우는 괜찮지만 별도의 방열대책이 불가능한 SOT-23의 경우에는 일정전압 일정전류 이상으로는 사용이 불가)

THERMAL RESISTANCE 라는 검색어로 검색하면 관련 데이터가 좀 나온다.

설명과 pcb 패드에 따른 온도 자료 https://www.infineon.com/dgdl/smdpack.pdf?fileId=db3a304330f6860601311905ea1d4599

가장 많은 소자에 대한 테이블이 있는 자료 https://www.njr.com/semicon/package/thermal.html

결과적으로 예시로 든 상황에서는 SOT-23의 경우 125°C 기준으로 0.38W, TO-252의 경우 0.98W까지 가능하다. 어느쪽을 택해도 되겠으나 부품이 높은 온도로 유지되는 것은 원하지 않기 때문에 TO-252패키지를 선택하는게 나아보인다.

(단순히 최대 용량대비로 °C를 구하는 건 아닌 것 같다. 대기온도를 어떻게 적용시키는 건지 모르겠다. 25°C 기준 100°C 상승분에 대해만 계산하면 되는 것인가) 

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나중에 좀 더 가다듬도록 하고 일단 발행