Schaltungen in der Stromversorgung

Es gibt richtige und falsche MOSFETs

| Autor / Redakteur: Brett Barr* / Kristin Rinortner

(Bild: N-Kanal.MOSFET von Markus A. Hennig / CC BY-SA3.0 / Wikimedia Commons)

ITler vergessen manchmal, dass es in Rechenzentren auch noch andere Gewerke gibt als Server, Netzwerk- und Storage-Devices - und andere Protokolle als IP. Auch diese Technik gilt es zu steuern und zu modernisieren. MOSFETs, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, finden sich auch in.Datacenter. Die „Elektronik-Praxis" hat eine MOSFET-Artikelserie begonnen. Diesen Artikel haben wir kopiert.

Bei komplizierten Schaltungen zur Stromversorgung neigen die Macher dazu, die Auswahl des MOSFETs erst zum Schluss anzugehen – schließlich geht es hier ja nur um ein Bauelement mit nur drei Anschlüssen. Doch die scheinbar einfache Äußerlichkeit täuscht; denn die Wahl des richtigen MOSFETs kann sich komplizierter gestalten als so mancher denkt.

Wie vergleicht man MOSFETs?

Eine ebenso verbreitete wie einfache Vorgehensweise bei der MOSFET-Auswahl besteht darin, eine MOSFET-Vergleichsliste zu finden, wenn die finale Anwendung noch nicht bekannt ist. Häufig legt ein Mitarbeiter aus dem Einkauf dem Entwickler eine umfangreiche Liste mit MOSFETs vor, die der Kunde bereits verwendet, ohne Hinweis darauf, wie die Bauelemente eingesetzt werden. Es kann sogar sein, dass einige MOSFETs auf verschiedenen Leiterplatten und in unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden und dass der Kunde nur herausfinden möchte, ob Sie etwas mit vergleichbarer Leistungsfähigkeit zu bieten haben.

Jeden Monat bekomme ich vom Vertrieb Dutzende von Anfragen, welche MOSFETs denen der Mitbewerber entsprechen. Wir sind zwar bestrebt, unsere internen Vergleichstabellen auf dem neuesten Stand zu halten, aber dennoch ist der Versuch, hinsichtlich des gesamten MOSFET-Portfolios aller Anbieter auf dem Laufenden zu bleiben, beinahe aussichtslos. Insofern wird das manuelle Erstellen von Vergleichslisten in nächster Zeit kaum überflüssig werden. Nehmen wir dies also in Angriff und untergliedern die Aufgabe zunächst in drei einfache Schritte:

1. Vergleichen Sie die Gehäuse. Abhängig davon, ob die Leiterplatte der Applikation nach Footprint-Kompatibilität verlangt, kann dieser Schritt notwendig sein oder auch nicht. Falls nicht, eröffnen sich dadurch wahrscheinlich viele neue Optionen. Ganz allgemein ist es sinnvoll, nach einem Bauelement zu suchen, das den gleichen oder einen kleineren Footprint hat.

Man sollte dabei allerdings daran denken, dass die einzelnen MOSFET-Hersteller verschiedene Bezeichnungen für unterschiedliche Gehäuse verwenden, besonders wenn es um Bauelemente der Bauart PQFN (Power Quad Flat No-lead) geht. Um die Footprint-Kompatibilität der Gehäuse zweier verschiedener Anbieter zu überprüfen, können Sie in jedem Fall die Maßzeichnung des Gehäuses zu Rate ziehen, die in der Regel auf der Rückseite des Datenblatts zu finden ist (siehe: Abbildung 1).

2. Vergleichen Sie die Durchbruchspannungen. MOSFETs sind für eine bestimmte Sperrspannung ausgelegt. Deshalb muss der Vergleichsbaustein die gleiche oder eine höhere Durchbruchspannung aufweisen als das Originalprodukt. Einen MOSFET mit höherer Durchbruchspannung zu wählen, ist rein technisch kein Problem. Je höher aber die Durchbruchspannung ist, umso größer ist der Widerstand pro Flächeneinheit des Siliziumchips und umso teurer wird daher der Baustein sein, um die gleiche Leistung zu erzielen.

Die Wahl eines 60-V-MOSFET als Ersatz für einen 55-V-MOSFET dürfte unkritisch sein. Wählt man aber einen 100-V-Baustein als Alternative zu einem 30-V-MOSFET, dürfte sich ein erheblicher Preisaufschlag ergeben, wenn man die gleiche Leistungsfähigkeit wünscht.

3. Vergleichen Sie die Widerstände. Dies ist der unklarste Schritt des gesamten Vorgangs. Es ist eine verbreitete Fehleinschätzung, dass der Widerstand in sämtlichen MOSFET-Anwendungen die kritischste Größe ist. Weil man aber nichts über die finale Anwendung weiß, ist der Widerstand das einzige, woran man sich halten kann. Immerhin ist der Widerstand ein besserer Performance-Parameter zum Erstellen einer Vergleichsliste als jeder andere Wert im Datenblatt.

Als Beispiele seien hier nur die notorisch unzuverlässigen Stromwerte oder Gate-Ladungen genannt, die je nach der Schaltung, in der ein MOSFET verwendet werden soll, sachdienlich sein können oder auch nicht. Beim Vergleich des Widerstands kann man die typischen oder die maximalen Werte zugrunde legen, denn im Datenblatt sind beide angegeben (und Ingenieure entwickeln oft auf die Maximalwerte hin). Entscheidend ist nur, dass man konsequent bleibt. Als Faustregel können zwei MOSFETs, deren Widerstände auf ±20 Prozent genau übereinstimmen, als einigermaßen gleichwertig betrachtet werden.

Zwar sind viele weitere Faktoren zu berücksichtigen, bevor man einen MOSFET auf einer Leiterplatte platziert, aber die gerade aufgezählten drei Punkte stellen eine gute Ausgangsbasis dar. Die von TI angebotene, in Bild 2 gezeigte parametrische Suche für MOSFETs macht die Online-Suche auf der Basis der soeben genannten drei Parameter zu einem ebenso schnellen wie einfachen Vorgang.

Abschließend sei angemerkt, dass es sich stets lohnt, die Kosten im Blick zu behalten. Eine ältere Siliziumgeneration erforderte vielleicht deutlich mehr Silizium, um die gleiche Leistung zu erreichen. Die meisten Halbleiteranbieter geben zwar nicht die Siliziumgeneration eines jeden Bauelements in ihrem Portfolio an, jedoch sollte die Preisangabe à 1000 Stück bereits erste Aufschlüsse geben.

Wenn Sie auf zwei verschiedene Bauelemente treffen, die das gleiche Gehäuse und die gleiche Durchbruchspannung haben und auch in ihrem Widerstand ähnlich sind, aber deren Preise deutlich abweichen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass der günstigere Baustein neuer und häufig auch empfehlenswerter ist. (In künftigen Folgen dieser Serie werden wir uns allerdings mit Anwendungen befassen, in denen dies nicht unbedingt der Fall sein muss.)

* * Brett Barr ... arbeitet als Product Marketing Engineer bei Texas Instruments in Bethlehem / U.S.A.

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