AO3407A, AO3401A и SI2301 — чем отличаются P-канальные MOSFET в SOT-23 и какой ставить?

Три параметра, из-за которых их путают

Почему P-канальный, а не N-канальный

У N-канального транзистора канал открыт, когда на затворе напряжение выше, чем на истоке, то есть чтобы открыть его, нужно подать на затвор напряжение выше уровня самой шины питания. Для выключателя на 5 В это означает либо отдельный драйвер, либо запрещённое состояние на верхней границе. У P-канального всё наоборот: затвор, подтянутый к истоку, запирает транзистор, а нулевое напряжение на затворе его открывает. Поэтому P-канальный прибор напрямую управляется логикой 3,3 В без драйвера — это и есть причина, по которой его выбирают для коммутации питания.

Цена этого удобства известна: при том же размере кристалла P-канальный транзистор имеет заметно большее сопротивление в открытом состоянии, чем N-канальный. На больших токах это уходит в нагрев, и тогда корпуса SOT-23 перестаёт хватать. Практическое правило: ток в нагрузке считают не по току транзистора из даташита, а по теплу. Рассеиваемая мощность равна току в квадрате, умноженному на сопротивление в открытом состоянии, и она должна оставаться в пределах рассеиваемой мощности корпуса с запасом на нагрев окружающей среды и платы.

Второе отличие от N-канальных — ограничение напряжения между затвором и истоком. У многих P-канальных приборов, в том числе у части исполнений SI2301, предельное напряжение затвора составляет ±8 или ±12 В, и оно ниже, чем у большинства N-канальных. Это значит, что такой транзистор нельзя ставить на цепь, где на затворе возможны выбросы по напряжению: пробой затворного диода означает пробой транзистора, и никакая замена на более «мощный» прибор уже не поможет.

SI2301: номер, который принадлежит не одному производителю

SI2301 — это не позиция одного производителя, а обозначение, под которым разные фабрики выпускают свои приборы: среди производителей этого номера встречаются Vishay, BORN, Kexin, Hottech и другие. Корпус у них всех SOT-23, а вот параметры отличаются. По каталогам разных производителей у SI2301 встречается класс напряжения около -20 В, ток в диапазоне примерно от 2,2 до 3,1 А, сопротивление в открытом состоянии примерно от 100 до 170 мОм при напряжении затвора -4,5 В, порог затвора в границах от -0,7 до -1,6 В, рассеиваемая мощность около 1,25 Вт и предельное напряжение затвора ±8 или ±12 В в зависимости от фирмы.

Разброс в два раза по току и в полтора раза по сопротивлению — это не неточность каталога, а реальность рынка вторых поставщиков. Из этого следует простое правило закупки: строка «SI2301» без указания производителя — это не заказ конкретного прибора, а заказ диапазона. Рабочая позиция выглядит как SI2301CDS-T1-GE3 или SI2301BDS-T1-GE3, где буквы в середине номера и есть тот самый признак, по которому конкретный производитель разделяет свои варианты. Сверять нужно с даташитом той фабрики, чей код наклеен на ленте.

Отдельная осторожность с суффиксами Vishay: у этой фабрики один и тот же номер SI2301 разделяют варианты SI2301BDS и SI2301CDS, которые отличаются током и сопротивлением при одном корпусе и одной посадке. Замена одного на другой по внешнему виду не выглядит: в одном из них ток будет меньше, чем рассчитывала схема. И здесь же стоит сказать про маркировку: коды вида «A1SHB», которые наносят на корпус, у разных производителей означают разные вещи, и расшифровка по одному коду без бренда бессмысленна.

Что проверять при заказе

1. 01 Точный суффикс, а не серию. У AO3407, AO3401 и AO3415 в каталоге есть варианты с буквами A, L и AL, и это не «одно и то же в разной упаковке» — состав кристалла, а значит и сопротивление, у них различается.
2. 02 Порог затвора по худшему случаю, то есть по максимальному значению, а не по типовому. Для AO3407A это -2,40 В: если управляющая логика даёт на затвор только -3,3 В, прибор откроется, но с запасом по рубежу, и при просадке питания логики может закрыться раньше времени.
3. 03 Предельное напряжение на затворе. Для приборов с ограничением ±8 или ±12 В это ограничивает и допустимое напряжение на затвере, и то, какие выбросы можно допускать в цепи.
4. 04 Напряжение с запасом на транзиент. AO3415A — это -20 В, AO3407A и AO3401A — -30 В. Если в цепи возможен бросок от индуктивности или отключения нагрузки, десяти вольт запаса могут оказаться недостаточными там, где хватило бы двадцати.
5. 05 Тепловой расчёт по фактическому току. Считают I в квадрате, умноженное на сопротивление в открытом состоянии, и сравнивают с рассеиваемой мощностью корпуса с учётом нагрева платы, а не с током, напечатанным на первой странице каталога.
6. 06 Расположение выводов. В SOT-23 порядок выводов стандартный — исток, затвор, сток, — но у отдельных производителей встречаются корпуса с другим порядком, и это проверяется по даташиту, а не по внешнему виду.

Частые вопросы

• Чем AO3407A отличается от AO3401A — напряжением одинаковое, −30 В, но различаются ток (4,3 А против 4,0 А), сопротивление в открытом состоянии (78 против 60 мОм при −4,5 В) и порог затвора (−1,40 В против −0,50 В).
• Можно ли поставить AO3415A вместо AO3407A — по напряжению нельзя: у AO3415A оно -20 В против -30 В, зато сопротивление у него ниже и порог затвора чувствительнее.
• Что значит SI2301 без названия производителя — это не конкретный прибор, а класс приборов с разбросом по току и сопротивлению; указывать нужно фабрику и полный суффикс.
• Почему P-канальный транзистор не открывается от логики 3,3 В — у него отрицательный порог, а напряжение на затворе считается относительно истока, а не относительно земли.
• Где применяются эти приборы — выключатели питания, защита от переполюсовки, USB-питание, ключи на боковом входе регуляторов.