Gonilno vezje MOSFET velikega paketa

Najprej vrsta in struktura MOSFET,MOSFETje FET (drugi je JFET), se lahko izdela v izboljšani ali izčrpani tip, P-kanalni ali N-kanalni skupaj štiri vrste, vendar dejanska uporaba samo izboljšanih N-kanalnih MOSFET-jev in izboljšanih P-kanalnih MOSFET-ov, tako da ki se običajno imenuje NMOS ali PMOS, se nanaša na ti dve vrsti. Za ti dve vrsti izboljšanih MOSFET-ov se pogosteje uporablja NMOS, razlog je v tem, da je upor pri vklopu majhen in enostaven za izdelavo. Zato se NMOS običajno uporablja v aplikacijah za stikalno napajanje in motorne pogone.

V naslednjem uvodu v večini primerov prevladuje NMOS. parazitna kapacitivnost obstaja med tremi nožicami MOSFET-a, značilnost, ki ni potrebna, vendar nastane zaradi omejitev proizvodnega procesa. Zaradi prisotnosti parazitske kapacitivnosti je načrtovanje ali izbira gonilnega vezja nekoliko težavno. Med odtokom in izvorom je parazitna dioda. To se imenuje telesna dioda in je pomembna pri pogonu induktivnih bremen, kot so motorji. Mimogrede, ohišje diode je prisotno samo v posameznih MOSFET-ih in običajno ni prisotno v čipu IC.

 

MOSFETizguba preklopne cevi, ne glede na to, ali gre za NMOS ali PMOS, potem ko obstaja prevodnost vklopnega upora, tako da bo tok porabil energijo v tem uporu, se ta del porabljene energije imenuje prevodna izguba. Izbira MOSFET-jev z nizko upornostjo pri vklopu bo zmanjšala izgubo upornosti pri vklopu. Dandanes je vklopna upornost nizkoenergetskih MOSFET-ov na splošno okrog deset miliohmov, na voljo pa je tudi nekaj miliohmov. MOSFET-i ne smejo biti dokončani v trenutku, ko so vklopljeni in izklopljeni. Obstaja proces zmanjševanja napetosti na oba konca MOSFET-a in obstaja proces povečanja toka, ki teče skozi njega. V tem časovnem obdobju je izguba MOSFET-a produkt napetosti in toka, kar se imenuje izguba preklapljanja. Običajno je preklopna izguba veliko večja od prevodne izgube in večja kot je preklopna frekvenca, večja je izguba. Produkt napetosti in toka v trenutku prevajanja je zelo velik, kar povzroči velike izgube. Skrajšanje preklopnega časa zmanjša izgubo pri vsakem prevodu; zmanjšanje preklopne frekvence zmanjša število preklopov na časovno enoto. Oba pristopa zmanjšata stikalne izgube.

V primerjavi z bipolarnimi tranzistorji na splošno velja, da za izdelavo aMOSFETravnanje, dokler je napetost GS nad določeno vrednostjo. To je enostavno narediti, vendar potrebujemo tudi hitrost. Kot lahko vidite v strukturi MOSFET-a, obstaja parazitska kapacitivnost med GS, GD in pogon MOSFET-a je v bistvu polnjenje in praznjenje kapacitivnosti. Za polnjenje kondenzatorja je potreben tok, saj lahko takojšnje polnjenje kondenzatorja vidimo kot kratek stik, zato bo trenutni tok večji. Prva stvar, ki jo morate upoštevati pri izbiri/načrtovanju gonilnika MOSFET, je velikost trenutnega toka kratkega stika, ki ga je mogoče zagotoviti.

Druga stvar, ki jo je treba opozoriti, je, da mora biti napetost vrat vklopljenega časa, ki se običajno uporablja v pogonih višjega razreda NMOS, večja od napetosti vira. High-end pogon MOSFET na napetosti vira in napetosti odtoka (VCC) enako, tako da potem napetost vrat kot VCC 4V ali 10V. če želimo v istem sistemu dobiti večjo napetost kot VCC, se moramo specializirati za ojačevalno vezje. Veliko gonilnikov motorjev ima vgrajene polnilne črpalke, pomembno je upoštevati, da morate izbrati ustrezno zunanjo kapacitivnost, da dobite dovolj toka kratkega stika za pogon MOSFET-a. 4V ali 10V je pogosto uporabljen MOSFET na napetosti, zasnova seveda mora imeti določeno rezervo. Višja kot je napetost, večja je hitrost vklopljenega stanja in manjši je upor vklopljenega stanja. Zdaj obstajajo tudi manjši MOSFET-ji z ​​napetostjo vklopljenega stanja, ki se uporabljajo na različnih področjih, toda v sistemu avtomobilske elektronike 12 V je na splošno dovolj 4 V vklopljenega stanja. Najpomembnejša značilnost MOSFET-ov je preklopna značilnost dobrega, zato se pogosto uporablja v potreba po elektronskih stikalnih tokokrogih, kot sta stikalno napajanje in motorni pogon, pa tudi zatemnitev razsvetljave. Prevod pomeni, da deluje kot stikalo, kar je enakovredno zaprtju stikala. Značilnosti NMOS, Vgs, ki so večje od določene vrednosti, bodo vodile, primerne za uporabo v primeru, ko je vir ozemljen (nižji pogon), dokler vrata napetost 4V ali 10V.Karakteristike PMOS, Vgs manjše od določene vrednosti bodo prevajale, primerne za uporabo v primeru, ko je vir priključen na VCC (high-end drive). Kljub temu, da je PMOS mogoče preprosto uporabiti kot vrhunski gonilnik, se NMOS običajno uporablja v vrhunskih gonilnikih zaradi velikega upora pri vklopu, visoke cene in malo nadomestnih vrst.

Zdaj MOSFET poganjajo nizkonapetostne aplikacije, pri uporabi 5V napajanja, tokrat, če uporabljate tradicionalno strukturo totemskega droga, je zaradi tranzistorja približno 0,7V napetostni padec, kar ima za posledico dejanski končni dodan vratom na napetost je le 4,3 V. Trenutno izberemo nazivno napetost vrat 4,5 V MOSFET-a glede na obstoj določenih tveganj. Ista težava se pojavi pri uporabi 3V ali drugih nizkonapetostnih napajalnih priložnostih. Dvojna napetost se uporablja v nekaterih krmilnih vezjih, kjer logični del uporablja običajno digitalno napetost 5 V ali 3,3 V, napajalni del pa 12 V ali celo več. Obe napetosti sta povezani s skupno maso. To postavlja zahtevo po uporabi vezja, ki nizkonapetostni strani omogoča učinkovito krmiljenje MOSFET-a na visokonapetostni strani, medtem ko se MOSFET na visokonapetostni strani sooča z enakimi težavami, omenjenimi v 1. in 2. V vseh treh primerih je Struktura totemskega droga ne more izpolniti izhodnih zahtev in zdi se, da številni IC gonilniki MOSFET, ki so že na voljo, ne vključujejo strukture za omejevanje napetosti vrat. Vhodna napetost ni fiksna vrednost, spreminja se s časom ali drugimi dejavniki. Ta sprememba povzroči, da je pogonska napetost, ki jo vezje PWM zagotavlja MOSFET-u, nestabilna. Da bi bil MOSFET varen pred visokimi napetostmi na vratih, imajo številni MOSFET-ji vgrajene regulatorje napetosti za močno omejitev amplitude napetosti na vratih.

 

V tem primeru, ko zagotovljena pogonska napetost preseže napetost regulatorja, bo to povzročilo veliko statično porabo energije. Hkrati, če preprosto uporabite načelo uporovnega delilnika napetosti za zmanjšanje napetosti vrat, bo relativno visoka vhodna napetost, MOSFET deluje dobro, medtem ko se vhodna napetost zmanjša, ko je napetost vrat nezadostna, da povzroči nezadostno popolno prevodnost, s čimer se poveča poraba energije.

Relativno običajno vezje tukaj le za vezje gonilnika NMOS za preprosto analizo: Vl in Vh sta napajalnik nizkega in visokega razreda, obe napetosti sta lahko enaki, vendar Vl ne sme preseči Vh. Q1 in Q2 tvorita obrnjen totemski drog, ki se uporablja za doseganje izolacije in hkrati za zagotovitev, da dve pogonski cevi Q3 in Q4 ne bosta vklopljeni hkrati. R2 in R3 zagotavljata referenco napetosti PWM in s spreminjanjem te reference lahko poskrbite, da vezje deluje dobro, napetost vrat pa ni dovolj, da bi povzročila popolno prevodnost, s čimer se poveča poraba energije. R2 in R3 zagotavljata referenco napetosti PWM. Če spremenite to referenco, lahko pustite, da vezje deluje v valovni obliki signala PWM, ki je relativno strma in ravna. Q3 in Q4 se uporabljata za zagotavljanje pogonskega toka, zaradi časa vklopa sta Q3 in Q4 glede na Vh in GND le minimalen padec napetosti Vce, ta padec napetosti je običajno le 0,3 V ali tako, veliko nižji kot 0,7 V Vce R5 in R6 sta povratna upora za vzorčenje napetosti vrat, po vzorčenju napetosti se napetost vrat uporabi kot povratni upor za napetost vrat, napetost vzorca pa se uporabi za napetost vrat. R5 in R6 sta povratna upora, ki se uporabljata za vzorčenje napetosti vrat, ki se nato prenese skozi Q5, da se ustvari močna negativna povratna informacija na osnovi Q1 in Q2, s čimer se napetost vrat omeji na končno vrednost. To vrednost lahko prilagodite z R5 in R6. Končno R1 zagotavlja omejitev osnovnega toka na Q3 in Q4, R4 pa zagotavlja omejitev vratnega toka na MOSFET-je, kar je omejitev Ice Q3Q4. Po potrebi lahko nad R4 vzporedno priključimo pospeševalni kondenzator.                                         

Pri načrtovanju prenosnih naprav in brezžičnih izdelkov sta izboljšanje zmogljivosti izdelka in podaljšanje časa delovanja baterije dve vprašanji, s katerimi se morajo oblikovalci soočiti. Pretvorniki DC-DC imajo prednosti visoke učinkovitosti, visokega izhodnega toka in nizkega mirujočega toka, ki so zelo primerni za napajanje prenosnih naprave.

DC-DC pretvorniki imajo prednosti visoke učinkovitosti, visokega izhodnega toka in nizkega mirujočega toka, ki so zelo primerni za napajanje prenosnih naprav. Trenutno glavni trendi v razvoju tehnologije načrtovanja pretvornikov DC-DC vključujejo: visokofrekvenčno tehnologijo: s povečanjem preklopne frekvence se zmanjša tudi velikost preklopnega pretvornika, gostota moči se znatno poveča in dinamična odziv je bil izboljšan. majhna

Preklopna frekvenca močnostnega DC-DC pretvornika se bo dvignila na raven megahercev. Tehnologija nizke izhodne napetosti: Z nenehnim razvojem tehnologije izdelave polprevodnikov, delovna napetost mikroprocesorjev in prenosne elektronske opreme postaja vse nižja, kar zahteva, da lahko prihodnji pretvornik DC-DC zagotovi nizko izhodno napetost, da se prilagodi mikroprocesorju in prenosni elektronski opremi, ki zahteva prihodnji DC-DC pretvornik lahko zagotovi nizko izhodno napetost za prilagoditev mikroprocesorju.

Dovolj za zagotavljanje nizke izhodne napetosti za prilagoditev mikroprocesorjem in prenosni elektronski opremi. Ta tehnološki razvoj postavlja višje zahteve za načrtovanje napajalnih vezij čipov. Prvič, z naraščajočo preklopno frekvenco je v ospredju zmogljivost preklopnih komponent

Visoke zahteve za delovanje preklopnega elementa in morajo imeti ustrezno pogonsko vezje preklopnega elementa, da se zagotovi, da preklopni element v preklopni frekvenci do ravni megahercev normalnega delovanja. Drugič, pri prenosnih elektronskih napravah z baterijskim napajanjem je delovna napetost vezja nizka (na primer pri litijevih baterijah).

Litijeve baterije, na primer, delovna napetost 2,5 ~ 3,6 V), tako da je napajalni čip za nižjo napetost.

MOSFET ima zelo nizek vklopni upor, nizko porabo energije, v trenutno priljubljenem visoko učinkovitem DC-DC čipu je več MOSFET kot stikalo za vklop. Vendar pa zaradi velike parazitske kapacitivnosti MOSFET-jev. To postavlja višje zahteve pri zasnovi gonilnih vezij stikalne cevi za načrtovanje pretvornikov DC-DC z visoko delovno frekvenco. Obstajajo različna logična vezja CMOS, BiCMOS, ki uporabljajo zagonsko ojačevalno strukturo in gonilna vezja kot velike kapacitivne obremenitve v nizkonapetostni zasnovi ULSI. Ta vezja lahko pravilno delujejo v pogojih napajalne napetosti manj kot 1 V in lahko delujejo v pogojih obremenitvene kapacitivnosti 1 ~ 2 pF, frekvenca pa lahko doseže več deset megabitov ali celo sto megahercev. V tem prispevku se zagonsko ojačevalno vezje uporablja za načrtovanje zmogljivosti pogona z veliko obremenitveno kapacitivnostjo, ki je primerna za pogonsko vezje pretvornika DC-DC pri nizki napetosti in visoki preklopni frekvenci. Nizka napetost in PWM za pogon vrhunskih MOSFET-ov. signal PWM z majhno amplitudo za pogon zahtev visoke napetosti vrat MOSFET-jev.