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- ELETTRONICA OGGI 431 - OTTOBRE 2013
ANALOG/MIXED SIGNAL
MOSFET
Resistenza di conduzione, Carico di gate
e “Cifra di merito”
La resistenza di conduzione di un MOSFET è sempre spe-
cificata in base a una o più tensioni gate-source. I limiti
massimi di R
DS(on)
possono essere dal 20% al 50% supe-
riori rispetto ai valori tipici. I limiti massimi di R
DS(on)
sono
generalmente indicati a una temperatura di giunzione di
25 °C. Tuttavia, con temperature di R
DS(on)
elevate, pos-
sono aumentare dal 30% al 150%, come mostra la figura
1. A causa di tali variazioni e dal momento che non
viene garantito alcun valore minimo, il rilevamento di
corrente basato sul valore di R
DS(on)
non risulta essere
una tecnica molto precisa.
La resistenza di conduzione è importante per entram-
bi i MOSFET da canale n e canale p. Q
g
è un criterio di
selezione fondamentale, principalmente per i MOSFET
utilizzati in applicazioni con alimentatore a commuta-
zione, dato che riguarda le perdite di commutazione.
Tali perdite presentano due aspetti: uno è legato al
tempo di transizione connesso all’attivazione/disatti-
vazione del MOSFET; l’altro all’energia richiesta per
caricare la capacità del gate a ogni ciclo di commu-
tazione. È importante ricordare che il valore di Q
g
dipende dalla tensione gate-source, vale a dire che le
perdite di commutazione si possono ridurre utilizzan-
do un valore di V
GS
inferiore.
Per confrontare rapidamente i MOSFET da utilizzare nelle
applicazioni con commutazione, i progettisti spesso uti-
lizzano una formula a una cifra che include le perdite di
conduzione rappresentate dalla R
DS(on)
nonché le perdite
di commutazione rappresentate da Q
g
: R
DS(on)
x Q
g
. La “cifra
di merito” (FOM) riassume le capacità di un dispositivo e il
confronto dei MOSFET può essere effettuato utilizzando sia
i valori tipici sia i valori massimi. Per garantire un accurato
confronto tra i dispositivi, occorre accertarsi di utilizzare
lo stesso livello di V
GS
per la R
DS(on)
e Q
g
e verificare di
non avere accidentalmente mischiato nella formula i valo-
ri tipici con i valori massimi. Un FOM inferiore potrebbe
consentire prestazioni migliori nelle applicazioni di com-
mutazione, ma tuttavia non le garantisce. I migliori risul-
tati comparativi si possono ottenere esclusivamente nei
circuiti reali, che in alcuni casi devono essere modificati
singolarmente per ogni singolo MOSFET.
Valori di corrente nominale
e dissipazione di potenza
La scheda tecnica della maggior parte dei MOSFET pre-
senta due o più valori della corrente di drain continua,
in base alle differenti condizioni di test. Occorre quindi
verificare con cura la scheda tecnica per vedere se il
valore si applica a una data temperatura dell’involucro
(come per esempio T
C
= 25 °C) o alla temperatura ambien-
te (come per esempio T
A
= 25 °C). La maggiore rilevanza
dell’uno o dell’altro dei suddetti valori dipende dalle spe-
cifiche del dispositivo e dall’applicazione (Fig. 2).
Per dispositivi piccoli a montaggio superficiale utilizzati
in applicazioni portatili, il valore della corrente nominale
più rilevante sarà probabilmente quello riscontrato a una
temperatura ambiente di 70 °C, mentre per dispositivi
più grandi utilizzabili con dissipatori di calore e raffred-
damento ad aria forzata, la corrente nominale a T
A
= 25
°C potrebbe essere maggiormente realistica. Per alcuni
dispositivi, il livello di corrente che può essere gestito dal
silicio alla massima temperatura di giunzione è più eleva-
to rispetto al livello limitato dal suo involucro; tali valori
di corrente nominali “Limitate da silicio” vengono forniti
in aggiunta alle classificazioni “Limitate da involucro” in
alcune schede tecniche per fornire un’idea più completa
della robustezza del silicio.
Considerazioni simili si applicano ai valori di dissipazione
di potenza continua che dipendono non soltanto dalla
temperatura, ma talvolta anche dal tempo. Si consideri
un dispositivo con P
D
= 4 W continua a T
A
= 70 °C per
t = 10 s. Ciò che costituisce un periodo di tempo “con-
tinuo” varierà in base all’involucro, quindi è necessario
utilizzare i grafici di impedenza transitoria termica nor-
malizzata della scheda tecnica per verificare quale sarà la
classificazione di dissipazione di potenza dopo 10 o 100
secondi oppure dopo10 minuti. Come mostra la figura 3,
questo particolare dispositivo presenta un coefficiente
di impedenza termica di ~0,33 per una pulsazione da 10
secondi. Questo significa che l’involucro, una volta satu-
rato termicamente dopo circa 10 minuti, sarà in grado di
dissipare solo circa 1,33W invece di 4W, benché lo stesso
dispositivo sia in grado di dissipare circa 2W se adegua-
tamente raffreddato.
Q
Fig. 3 - Per questo MOSFET l’impedenza termica con una pulsazione di
potenza da 10 secondi è inferiore di circa tre volte rispetto al funzio-
namento continuo, consentendo pertanto al dispositivo di dissipare il
triplo della potenza
