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  • 器件选型

    千次阅读 2016-04-26 17:00:27
    最近面试还是经常看到一些面试官问器件选型,当然,这种问题只能吓唬应届生,这里就为各位补充这个书本上没有的知识吧。 一、工程背景。 首先要清楚产品/项目的定位,民用、工用、军用,考虑的都不太一样。 ...

    最近面试还是经常看到一些面试官问器件选型,当然,这种问题只能吓唬应届生,这里就为各位补充这个书本上没有的知识吧。

    一、工程背景。

           首先要清楚产品/项目的定位,民用、工用、军用,考虑的都不太一样。

           民用,即消费级,对成本要求高,功能勉强能满足,性能要求不高。

           工用,即工业级,成本相对充裕,功能及性能要求较高,会充分考虑可靠性。

           军用,即军工级,成本不是问题,功能和性能达到最高就好,会充分考虑可靠性。

           1、那么,功能和性能有什么区别?

           功能就是普通场合下能用,性能就是在更苛刻的场合下也能用。比如,民用芯片的温度范围是0°C~70°C,工业级的是-20°C~85°C,扩展工业级的是-40°C~85°C,军用的则是-55°C~150°C,汽车级的是-40°C~125°C(这里的汽车级是指ECU,而不是指车载导航仪/车载音响)。

           2、当然,普通人也接触不到军工级的项目。那么民用和工用为何区别这么大?

           因为工用产品可能危害到人身安全,比如一个大型机床爆炸了,整个工厂的人可能都会遇难,在这个时候,对可靠性要求高。而民用产品,比如一台电脑,有了解过的人都知道其制造过程是非常省成本的,因为贵了,穷屌买不起。此外,工业级产品,会增加很多保护电路,如:静电保护、高压保护、过流保护等,而这些保护电路恰恰是消费级不怎么考虑的。

    二、自己要积累各种各样的器件特性。

           器件选型,就是做对比和权衡取舍。

           对比,首先你得用过很多器件,做到心理有数,才有办法对比。如果你一个器件都没用过,就意味着没有对比,对选型完全无从入手。

           权衡,在对比的基础上,知道不同器件的差异,再做取舍。比如你现在需要1个10K的上拉电阻,金属膜的1%精度,碳膜的5%精度,而且又是民用级产品,那么你会选择较便宜的碳膜电阻。

           不管怎样,最后还是要根据自己的项目/产品来做取舍,也会从很多方面去考虑:器件的易用性,成熟度,稳定性等。

           一般来说,不建议使用冷门的器件,万一厂家觉得这器件不赚钱,停止生产,那么你的产品又得改了。

           当然,电阻除了阻值、精度和价钱以外,还有很多其它因素需要考虑的。比如,功率、封装、类型。其中按电阻的制造工艺来分,有以下几种类型:金属膜电阻、碳膜电阻、线绕电阻、水泥电阻、金属壳电阻等。还有电容也分好几种,具体的可以参考《电子工艺技术》。

    三、产品的兼容性。

           很多公司的产品,由于对于市场定位的不同(高、中、低档),会衍生好几款功能差异不大的产品(像iphone),这就要考虑兼容性了。

           比如,STM32的M3系列和M4系列,引脚是兼容的(PCB不用改板,省钱又省时间),但是M4的处理速度要快一些。

           再举个例子,就是电脑,一般买电脑都考虑CPU主频,内存,硬盘。试想一下,如果主板不用改,换个芯片上去,CPU主频升高了,不用重复制造轮子,是一件多么美好的事情。

           兼容性的问题,在制定产品方案的时候就要考虑好,不然后续问题多多。

    四、搜索。

           某些时候需要一些我们以前没用过的器件,这个时候得会搜索。

           分立器件的可以上村田、AVAGO的官网。芯片的可以上TI、ADI、ST、美信的官网。

           一般这些网站也有个筛选器,如下图黄圈位置。这样可以帮你快速找到需要的型号。

    五、结构相关的问题。

          结构方面的,主要是接插件/连接器。这种东西最好用防呆的,所谓防呆就是不能存在两种接法,如:正反接法。

           毕竟在生产的时候,工厂的工人可不像工程师那么专业,他们根本不知道正接跟反接有什么区别但是工程师会知道,接错了,有可能烧东西。当然了,如果成本更敏感的地方,或许不遵循这条建议。

           要找接插件/连接器,除了找供应商,也可以在慧聪网上面找,如果找不到的话,是可以叫供应商给你订做一个的。

    六、采购。

           虽然有的公司有专人负责采购,但是比不上硬件工程师那么专业。

           采购,也就是买东西嘛。那么,你也会考虑品牌,数量和折扣,物流。

           1、品牌,至少得知道电子元件有哪些品牌,比如,三环、村田之类的。

           2、数量和折扣,跟你去市场买东西一样,买的量多,就要求商家打折(看你砍价的能力了)。

           3、物流,在同一城市进货,会省点运货,同时供货时间短。

           此外,很多人喜欢在淘宝买元件,但是淘宝主要面向散客,商业用的话还是得找供应商/代理商。在开发前期供应商可以免费提供一些样品给你先用着,同时给你一份承认书,如果你要批量使用供应商的料,就在承认书上签字,否则不签。

           除非特殊情况,一般不建议经常换供应商/代理商

    七、结论。

           所谓器件选型都是看项目需求来选的,你用过的东西越多,就会越容易选型。

    八、其它问题。

           前面说到了,要积累各种各样的器件特性,但是在市面上看到的芯片很多是打代码(芯片表面印的字不是真正的芯片型号)的,这就不知道是啥芯片了,而其特性也就无从入手。那么,你可以在淘宝上面找。如下图所示。

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    编写版本:V1.0

    元器件选型基本原则

    根据普遍电子元器件选型基本总则,内容如下:

    • 普遍性原则:所选元器件是被广泛使用验证过的,尽量少使用冷门,偏门芯片,减少开发风险;
    • 高性价比原则:在功能,性能,使用率相近的情况下,尽量选用价格比较好的元器件,降低成本;
    • 采购方便原则:尽量选择容易买到,供货周期短的元器件;
    • 持续发展原则:尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件,禁止选用停产的器件,优选生命周期内处于成长期,成熟期的器件;
    • 可替代原则:尽量选择pin to pin 兼容芯片品牌比较多的元器件;
    • 向上兼容原则:尽量选择以前老产品使用过的元器件;
    • 资源节约原则:尽量用上元器件的全部功能和管脚;
    • 便于生产原则:在满足产品功能和性能的条件下,元器件封装尽量选用表贴型,间距宽的型号,封装复杂度低的型号,降低生产难度,提高生产效率。

    此外除了以上准则以外,

    选型还要确定电子元器件以下几个基本因素:

    技术参数:电气参数,机械参数,详见《器件规格书》;

    • 型号,厂家料号包括尾缀,以及可替换的型号;
    • 封装,使用环境和保存环境;
    • 供货渠道(品牌,供应商);
    • 价格,以及技术支持。
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    稳压电路的元器件选型

    前言

    稳压电路的设计对输出稳定电压,电流有着重要的影响,电容,电感,电阻的选型都有设计的规律可循。

    一、输入电容的选型

    示例:
    TPS54232需要一个输入去耦电容器,去耦电容的典型推荐值为10μF。推荐使用高质量的X5R或X7R型陶瓷。额定电压应大于最大输入电压。在满足所有其他要求的情况下,可以使用较小的值;然而,10μF已经被证明在各种各样的电路中都能很好地工作。应该被额定来处理包括纹波电压在内的最大输入电压,并且应该对输出进行滤波,使输入纹波电压是可接受的。在这个设计中,一个10μF的电容作为输入去耦电容。它是X5R绝缘额定25 V。
    作用:输入电容起到储能,滤波与提供瞬态电流作用,在连续模式中,转换器输入电流时一组占空比约为VOUT/VIN的方波,为了防止大的瞬态电压,必须采用针对最大RMS电流要求而选择ESR(等效串联电阻)输入电容器。
    输入电容的取值会影响输出电压纹波,和电流纹波。

    对电压纹波的影响
    ①:在这里插入图片描述
    △V:输出纹波
    Io:电流输出最大值-2A
    Cbulk:电容器容量-10μF
    Fsw:开关频率
    ESRmax:等效串联电阻-5mΩ
    由上式①可以得到电压纹波为60mV

    对电流纹波的影响:在最坏的情况下,纹波能达到最大输出电流的一半
    ②:在这里插入图片描述
    在这种情况下,输入纹波电压为60mv, RMS纹波电流为1A。同样重要的是要注意,实际输入电压纹波将受到与电压源的布局和输出阻抗相关的寄生影响。实际输入电压纹波大于计算值,这个测量值仍然低于指定的输入限制300毫伏。通过输入电容的最大电压是VIN max加上VIN/2。所选滤波电容,旁路电容每个额定为25 V,纹波电流容量大于3 A,都提供了充足的裕度。在任何情况下都不能超过电压和电流的最大额定值,这一点非常重要。

    二、滤波电感的选型

    计算电感的最小值
    ③:在这里插入图片描述
    Vout:电压输出峰值
    Fsw:开关频率
    Vin-max:最大输入电压
    K-ind:K-ind是一个系数,表示电感纹波电流相对于最大输出电流的大小。一般来说,这个值是由设计师决定的;但是,可以使用以下指南。对于使用低ESR输出电容(如陶瓷)的设计,可以使用KIND = 0.4的值。当使用更高ESR输出电容时,KIND = 0.2的效果更好。
    Iout:输出电流
    对于输出滤波器电感,重要的是不能超过RMS电流和饱和电流额定值。
    电感的峰值到峰值电流是用④计算的。
    在这里插入图片描述
    电感RMS电流由⑤计算:
    在这里插入图片描述
    峰值电感电流由⑥计算:
    在这里插入图片描述
    所选用电感的参数RMS电流和饱和电流额定值,需要大于上述所计算值,上述计算值应为最小值。电感饱和电流最小为1.5×IOUTmax,选用低直流电阻的电感可获得更高的转换效率。
    而追求更大的效率(即,使用低一点的电感,此时也大于Lmin)纹波比高一些的电感,纹波会相对大一些。【电感追求更高效率的同时,会导致纹波的增加,高电感效率低纹波小】

    三、输出电容的选型

    输出电容的重要设计因素是直流额定电压、纹波额定电流和等效串联电阻(ESR)。不能超过直流电压和纹波电流额定值。ESR很重要,因为它和电感电流一起决定了输出纹波电压的大小。输出电容的实际值不是临界值。但也存在一些实际的限制。考虑设计所需的闭环交叉频率与输出滤波器的LC角点频率之间的关系。一般来说,保持闭环交叉频率小于开关频率的1/5是可取的。在高开关频率(如本设计的1 MHz频率)下,TPS54232的内部电路限制将实际最大交叉频率限制在70 kHz左右。一般情况下,闭环交叉频率应高于由负载阻抗和输出电容决定的转角频率。
    这将输出滤波器的最小电容值限制为:
    在这里插入图片描述
    其中Ro是输出负载阻抗(Volo), Fco是期望的交叉频率。对于50 kHz的期望最大交叉,输出电容的最小值约为2.5 uF。这可能不能满足输出纹波电压的要求。输出纹波电压由两部分组成;输出滤波电容的充放电引起的电压变化和纹波电流引起的电压变化乘以输出滤波电容的ESR。
    输出纹波电压可以通过:
    在这里插入图片描述

    四、肖特基二极管

    肖特基二极管,续流作用,VF值【导通压降】越低,转换效率越高。续流二极管额定电流值大于最大输出电流,正常工作时平均正向电流:⑨IDAVG=IOUTmax×【VIN-VOUT】/VIN
    【一般来说二极管平均正向电流选型可以>=1.3IOUTmax】
    续流二极管反向耐压大于最高输入电压,建议预留30%以上余量。

    PCB设计注意:

    VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大电流途径,注意走线宽度,减少寄生参数对系统性能影响。输入电容靠近VIN,GND放置,电解电容,陶瓷电容组合使用,FB走线远离电感和肖特基等有开关信号地方,哪里需要稳定就反馈哪里,FB走线使用地线包围较佳。

    展开全文
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    2020-12-25 11:34:20
    MOS管器件选型 参考:仅仅只需7步 便秒懂MOS管选型-细说MOS管选型技巧-KIA MOS管 MOS管选型技巧 选择到一款正确的MOS管,可以很好地控制生产制造成本,最为重要的是,为产品匹配了一款最恰当的元器件,这在产品...

    MOS管器件选型

     

    参考:仅仅只需7步 便秒懂MOS管选型-细说MOS管选型技巧-KIA MOS管

    MOS管选型技巧

    选择到一款正确的MOS管,可以很好地控制生产制造成本,最为重要的是,为产品匹配了一款最恰当的元器件,这在产品未来的使用过程中,将会充分发挥其“螺丝钉”的作用,确保设备得到最高效、最稳定、最持久的应用效果。那么面对市面上琳琅满目的MOS管,该如何选择呢?下面,我们就分7个步骤来阐述MOS管的选型要求。

    MOS管是电子制造的基本元件,但面对不同封装、不同特性、不同品牌的MOS管时,该如何抉择?有没有省心、省力的遴选方法?

     

    首先是确定N、P沟道的选择

    MOS管有两种结构形式,即N沟道型和P沟道型,结构不一样,使用的电压极性也会不一样,因此,在确定选择哪种产品前,首先需要确定采用N沟道还是P沟道MOS管。

    MOS管选型技巧

     

    MOS管的两种结构:N沟道型和P沟道型

    1,在典型的功率应用中,当一个MOS管接地,而负载连接到干线电压上时,该MOS管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中,应采用N沟道MOS管,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。

    2,当MOS管连接到总线及负载接地时,就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOS管,这也是出于对电压驱动的考虑。

    要选择适合应用的器件,必须确定驱动器件所需的电压,以及在设计中最简易执行的方法。

     

     

    第二步是确定电压

    额定电压越大,器件的成本就越高。从成本角度考虑,还需要确定所需的额定电压,即器件所能承受的最大电压。根据实践经验,额定电压应当大于干线电压或总线电压,一般会留出1.2~1.5倍的电压余量,这样才能提供足够的保护,使MOS管不会失效。

    就选择MOS管而言,必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压,即最大VDS。由于MOS管所能承受的最大电压会随温度变化而变化,设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围,确保电路不会失效。

    此外,设计工程师还需要考虑其他安全因素:如由开关电子设备(常见有电机或变压器)诱发的电压瞬变。另外,不同应用的额定电压也有所不同;通常便携式设备选用20V的MOS管,FPGA电源为20~30V的MOS管,85~220V AC应用时MOS管VDS为450~600V。

     

     

    第三步为确定电流

    确定完电压后,接下来要确定的就是MOS管的电流。需根据电路结构来决定,MOS管的额定电流应是负载在所有情况下都能够承受的最大电流;与电压的情况相似,MOS管的额定电流必须能满足系统产生尖峰电流时的需求。电流的确定需从两个方面着手:连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下,MOS管处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。

     

    选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOS管并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,也就是导通损耗。MOS管在“导通”时就像一个可变电阻,由器件的导通电阻RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。器件的功率损耗PTRON=Iload2×RDS(ON)计算(Iload:最大直流输出电流),由于导通电阻会随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。

     

    对系统设计人员来说,这就需要折中权衡。对便携式设计来说,采用较低的电压即可(较为普遍);而对于工业设计来说,可采用较高的电压。需要注意的是,RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。

     

    技术对器件的特性有着重大影响,因为有些技术在提高最大VDS(漏源额定电压)时往往会使RDS(ON)增大。对于这样的技术,如果打算降低VDS和RDS(ON),那么就得增加晶片尺寸,从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术,其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。

     

    第四步是确定热要求

    在确定电流之后,就要计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况:最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOS管的资料表上还有一些需要注意的测量数据,比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

     

    器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积,即结温=最大环境温度+(热阻×功率耗散)。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散=I2×RDS(ON)。

    由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

     

    雪崩击穿(指半导体器件上的反向电压超过最大值,并形成强电场使器件内电流增加)形成的电流将耗散功率,使器件温度升高,而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试,计算其雪崩电压,或对器件的稳健性进行测试。

    计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法,另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。除计算外,技术对雪崩效应也有很大影响。例如,晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力,最终提高器件的稳健性。对最终用户而言,这意味着要在系统中采用更大的封装件。

     

    第五步是确定开关性能

    选择MOS管的最后一步是确定其开关性能。影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。因为在每次开关时都要对这些电容充电,会在器件中产生开关损耗;MOS管的开关速度也因此被降低,器件效率随之下降;其中,栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。

     

    为计算开关过程中器件的总损耗,设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff),进而推导出MOS管开关总功率:Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。

    MOS管选型技巧

    增强型NMOS管构成的开关电路

     

    第六步为封装因素考量

    不同的封装尺寸MOS管具有不同的热阻和耗散功率,需要考虑系统的散热条件和环境温度(如是否有风冷、散热器的形状和大小限制、环境是否封闭等因素),基本原则就是在保证功率MOS管的温升和系统效率的前提下,选取参数和封装更通用的功率MOS管。

     

    常见的MOS管封装有:

    ①插入式封装:TO-3P、TO-247、TO-220、TO-220F、TO-251、TO-92;

     

    ②表面贴装式:TO-263、TO-252、SOP-8、SOT-23、DFN5*6、DFN3*3;

    MOS管选型技巧

    TO封装MOS管

     

    不同的封装形式,MOS管对应的极限电流、电压和散热效果都会不一样,简单介绍如下。

    TO-3P/247:是中高压、大电流MOS管常用的封装形式,产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点,适于中压大电流(电流10A以上、耐压值在100V以下)在120A以上、耐压值200V以上的场所中使用。

     

    TO-220/220F:这两种封装样式的MOS管外观差不多,可以互换使用,不过TO-220背部有散热片,其散热效果比TO-220F要好些,价格相对也要贵些。这两个封装产品适于中压大电流120A以下、高压大电流20A以下的场合应用。

     

    TO-251:该封装产品主要是为了降低成本和缩小产品体积,主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中。

     

    TO-92:该封装只有低压MOS管(电流10A以下、耐压值60V以下)和高压1N60/65在采用,主要是为了降低成本。

     

    TO-263:是TO-220的一个变种,主要是为了提高生产效率和散热而设计,支持极高的电流和电压,在150A以下、30V以上的中压大电流MOS管中较为多见。

     

    TO-252:是目前主流封装之一,适用于高压在7N以下、中压在70A以下环境中。

     

    SOP-8:该封装同样是为降低成本而设计,一般在50A以下的中压、60V左右的低压MOS管中较为多见。

     

    SOT-23:适于几A电流、60V及以下电压环境中采用,其又分有大体积和小体积两种,主要区别在于电流值不同。

     

    第七步要选择好品牌

    MOS管的生产企业很多,大致说来,主要有欧美系、日系、韩系、台系、国产几大系列。

     

    欧美系代表企业:IR、ST、仙童、安森美、TI、PI、英飞凌等;

     

    日系代表企业:东芝、瑞萨、新电元等;

     

    韩系代表企业:KEC、AUK、美格纳、森名浩、威士顿、信安等;

     

    台系代表企业:APEC、CET;

     

    国产代表企业:吉林华微、士兰微、华润华晶、东光微、深爱半导体等。

     

    在这些品牌中,以欧美系企业的产品种类最全、技术及性能最优,从性能效果考虑,是为MOS管的首选;以瑞萨、东芝为代表的日系企业也是MOS管的高端品牌,同样具有很强的竞争优势;这些品牌也是市面上被仿冒最多的。另外,由于品牌价值、技术优势等原因,欧美系和日系品牌企业的产品价格也往往较高。

     

    韩国和中国台湾的MOS管企业也是行业的重要产品供应商,不过在技术上,要稍弱于欧美及日系企业,但在价格方面,较欧美及日系企业更具优势;性价比相对高很多。

     

    而在中国大陆,同样活跃着一批本土企业,他们借助更低的成本优势和更快的客户服务响应速度,在中低端及细分领域具有很强的竞争力,部分实现了国产替代;目前也在不断冲击高端产品线,以满足本土客户的需求。另外,本土企业还通过资本运作,成功收购了安世半导体等国际知名的功率器件公司,将更好地满足本土对功率器件的需求。

     

    总结

    小到选N型还是P型、封装类型,大到MOSFET的耐压、导通电阻等,不同的应用需求千变万化,工程师在选择MOS管时,一定要依据电路设计需求及MOS管工作场所来选取合适的MOS管,从而获得最佳的产品设计体验。当然,在考虑性能的同时,成本也是选择的因素之一,只有高性价比的产品,才能让工程师设计的产品在品质与收益中达到平衡。

     

    MOS管选型表

    MOS管选型技巧

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    2019-09-12 21:57:31
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空空如也

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