Veliki paket MOSFET upravljačkog kruga

Prije svega, tip i struktura MOSFET-a,MOSFETje FET (drugi je JFET), može se proizvesti u poboljšani ili osiromašeni tip, P-kanalni ili N-kanalni ukupno četiri tipa, ali stvarna primjena samo poboljšanih N-kanalnih MOSFET-ova i poboljšanih P-kanalnih MOSFET-ova, tako da koji se obično naziva NMOS ili PMOS odnosi se na ove dvije vrste. Za ove dvije vrste poboljšanih MOSFET-ova, češće se koristi NMOS, razlog je taj što je otpor na uključenje mali i lak za proizvodnju. Stoga se NMOS općenito koristi u aplikacijama za prebacivanje napajanja i motornih pogona.

U sljedećem uvodu, većinom slučajeva dominira NMOS. parazitski kapacitet postoji između tri pina MOSFET-a, karakteristika koja nije potrebna, ali se javlja zbog ograničenja proizvodnog procesa. Prisustvo parazitne kapacitivnosti čini malo teškim za dizajn ili odabir upravljačkog kola. Između drena i izvora nalazi se parazitna dioda. Ovo se naziva karoserija dioda i važna je u pokretanju induktivnih opterećenja kao što su motori. Usput, dioda tijela prisutna je samo u pojedinačnim MOSFET-ovima i obično nije prisutna unutar IC čipa.

MOSFETGubitak u prekidačkoj cijevi, bilo da je u pitanju NMOS ili PMOS, nakon što postoji provodljivost on-otpora, tako da će struja trošiti energiju u ovom otporu, ovaj dio potrošene energije naziva se provodnički gubitak. Odabir MOSFET-a sa niskim otporom na uključenje će smanjiti gubitak otpora. Danas je otpornost MOSFET-a male snage na uključivanje uglavnom oko desetina milioma, a dostupno je i nekoliko miljoma. MOSFET-ovi ne smiju biti završeni u trenutku kada su uključeni i isključeni. Postoji proces smanjenja napona na dva kraja MOSFET-a i postoji proces povećanja struje koja teče kroz njega. Tokom ovog vremenskog perioda, gubitak MOSFET-a je proizvod napona i struje, koji se naziva komutacijski gubitak. Obično je komutacijski gubitak mnogo veći od gubitka provodljivosti, a što je brža frekvencija prebacivanja, veći je gubitak. Umnožak napona i struje u trenutku provođenja je vrlo velik, što rezultira velikim gubicima. Skraćivanje vremena uključivanja smanjuje gubitak pri svakoj provodljivosti; smanjenjem frekvencije prebacivanja smanjuje se broj prekidača po jedinici vremena. Oba ova pristupa smanjuju komutacione gubitke.

U poređenju s bipolarnim tranzistorima, općenito se vjeruje da nije potrebna struja za stvaranje aMOSFETponašanje, sve dok je GS napon iznad određene vrijednosti. To je lako učiniti, međutim, potrebna nam je i brzina. Kao što možete vidjeti u strukturi MOSFET-a, postoji parazitski kapacitet između GS, GD, a pogon MOSFET-a je, u stvari, punjenje i pražnjenje kapacitivnosti. Za punjenje kondenzatora potrebna je struja, jer se trenutno punjenje kondenzatora može posmatrati kao kratki spoj, pa će trenutna struja biti veća. Prva stvar koju treba obratiti pažnju pri odabiru/dizajniranju MOSFET drajvera je veličina trenutne struje kratkog spoja koja se može osigurati.

Druga stvar koju treba napomenuti je da, generalno korišten u high-end drajvima NMOS, napon gejta na vrijeme mora biti veći od napona izvora. High-end drajv MOSFET na izvornom naponu i naponu odvoda (VCC) isti, pa je onda napon kapije od VCC 4V ili 10V. ako u istom sistemu, da bismo dobili veći napon od VCC-a, moramo se specijalizirati za pojačivačko kolo. Mnogi upravljački programi motora imaju integrirane pumpe punjenja, važno je napomenuti da biste trebali odabrati odgovarajući vanjski kapacitet kako biste dobili dovoljno struje kratkog spoja za pokretanje MOSFET-a. 4V ili 10V je najčešće korišteni MOSFET na naponu, dizajn naravno, morate imati određenu marginu. Što je napon veći, to je veća brzina uključenog stanja i manji otpor u uključenom stanju. Sada postoje i manji MOSFET-ovi naponskog napona koji se koriste u različitim oblastima, ali u sistemu automobilske elektronike od 12V, generalno je dovoljno 4V uključeno stanje. Najznačajnija karakteristika MOSFET-a su karakteristike prebacivanja dobra, tako da se široko koristi u potreba za elektronskim sklopnim krugovima, kao što su prekidačko napajanje i motorni pogon, ali i zatamnjivanje rasvjete. Provođenje znači djelovanje kao prekidač, što je ekvivalentno zatvaranju prekidača. NMOS karakteristike, Vgs veći od određene vrijednosti će provoditi, pogodno za upotrebu u slučaju kada je izvor uzemljen (low-end drive), sve dok je kapija napon od 4V ili 10V. PMOS karakteristike, Vgs manji od određene vrijednosti će provoditi, pogodan za upotrebu u slučaju kada je izvor spojen na VCC (high-end drive). Međutim, iako se PMOS može lako koristiti kao high end drajver, NMOS se obično koristi u high end drajverima zbog velikog otpora, visoke cijene i nekoliko tipova zamjene.

Sada MOSFET pogon niskonaponskih aplikacija, kada se koristi napajanje od 5V, ovaj put ako koristite tradicionalnu strukturu totema, zbog tranzistora pad napona će biti oko 0,7V, što rezultira stvarnim konačnim dodavanjem kapije na napon je samo 4,3 V. U ovom trenutku biramo nominalni napon gejta od 4,5 V MOSFET-a o postojanju određenih rizika. Isti problem se javlja kod upotrebe 3V ili drugih niskonaponskih izvora napajanja. Dvostruki napon se koristi u nekim upravljačkim krugovima gdje logička sekcija koristi tipičan digitalni napon od 5V ili 3,3V, a dio za napajanje koristi 12V ili čak više. Dva napona su povezana pomoću zajedničkog uzemljenja. Ovo postavlja zahtjev za korištenje kola koje omogućava niskonaponskoj strani da efektivno kontroliše MOSFET na strani visokog napona, dok će se MOSFET na strani visokog napona suočiti sa istim problemima navedenim u 1 i 2. U sva tri slučaja, struktura totema ne može zadovoljiti izlazne zahtjeve, a čini se da mnogi gotovi MOSFET upravljački IC-ovi ne uključuju strukturu za ograničavanje napona na kapiji. Ulazni napon nije fiksna vrijednost, on varira s vremenom ili drugim faktorima. Ova varijacija uzrokuje nestabilan pogonski napon koji MOSFET-u daje PWM kolo. Kako bi MOSFET bio siguran od visokih napona na gejtu, mnogi MOSFET-ovi imaju ugrađene regulatore napona za prinudno ograničavanje amplitude napona gejta.

U ovom slučaju, kada osigurani pogonski napon premašuje napon regulatora, to će uzrokovati veliku statičku potrošnju energije. visokog ulaznog napona, MOSFET radi dobro, dok se ulazni napon smanjuje kada je napon gejta nedovoljan da izazove nedovoljno potpunu provodljivost, čime se povećava potrošnja energije.

Relativno uobičajeno kolo ovdje samo za NMOS upravljačko kolo za jednostavnu analizu: Vl i Vh su low-end i high-end napajanje, respektivno, dva napona mogu biti ista, ali Vl ne bi trebao prelaziti Vh. Q1 i Q2 formiraju obrnuti totemski stub, koji se koristi za postizanje izolacije, a istovremeno i za osiguranje da dvije drajverske cijevi Q3 i Q4 neće biti uključene u isto vrijeme. R2 i R3 daju referencu PWM napona, a promjenom ove reference, možete učiniti da kolo dobro radi, a napon na kapiji nije dovoljan da izazove temeljnu provodljivost, čime se povećava potrošnja energije. R2 i R3 daju referencu PWM napona, promjenom ove reference, možete pustiti krug da radi u talasnom obliku PWM signala u relativno strmom i ravnom položaju. Q3 i Q4 se koriste da obezbede pogonsku struju, zbog vremena uključivanja, Q3 i Q4 u odnosu na Vh i GND su samo minimalni pad napona Vce, ovaj pad napona je obično samo 0,3V ili tako, mnogo niži od 0,7V Vce R5 i R6 su otpornici povratne sprege za uzorkovanje napona gejta, nakon uzorkovanja napona, napon gejta se koristi kao povratni otpornik za napon gejta, a napon uzorka se koristi za napon gejta. R5 i R6 su otpornici povratne sprege koji se koriste za uzorkovanje napona gejta, koji se zatim propušta kroz Q5 da bi se stvorila jaka negativna povratna sprega na bazama Q1 i Q2, čime se napon gejta ograničava na konačnu vrijednost. Ova vrijednost se može podesiti pomoću R5 i R6. Konačno, R1 obezbeđuje ograničenje bazne struje na Q3 i Q4, a R4 obezbeđuje ograničenje struje gejta za MOSFET, što je ograničenje Ice-a Q3Q4. Ako je potrebno, akceleracijski kondenzator se može spojiti paralelno iznad R4.                                         

Prilikom dizajniranja prijenosnih uređaja i bežičnih proizvoda, poboljšanje performansi proizvoda i produženje radnog vremena baterije su dva problema s kojima se dizajneri moraju suočiti. DC-DC pretvarači imaju prednosti visoke efikasnosti, velike izlazne struje i niske struje mirovanja, koji su vrlo pogodni za napajanje prijenosnih uređaja. uređaja.

DC-DC pretvarači imaju prednosti visoke efikasnosti, velike izlazne struje i niske struje mirovanja, koji su vrlo pogodni za napajanje prijenosnih uređaja. Trenutno, glavni trendovi u razvoju tehnologije dizajna DC-DC pretvarača uključuju: visokofrekventnu tehnologiju: s povećanjem frekvencije prebacivanja smanjuje se i veličina sklopnog pretvarača, značajno je povećana gustina snage, a dinamička odziv je poboljšan. Mala

Frekvencija uključivanja DC-DC pretvarača će porasti na nivo megaherca. Tehnologija niskog izlaznog napona: Uz kontinuirani razvoj tehnologije proizvodnje poluprovodnika, mikroprocesora i prijenosne elektronske opreme radni napon je sve niži i niži, što zahtijeva da budući DC-DC pretvarač može osigurati nizak izlazni napon za prilagođavanje mikroprocesoru i prijenosnoj elektronskoj opremi, koji zahtijeva budući DC-DC pretvarač može pružiti nizak izlazni napon za prilagođavanje mikroprocesoru.

Dovoljno da obezbedi nizak izlazni napon za prilagođavanje mikroprocesorima i prenosivoj elektronskoj opremi. Ovi tehnološki razvoji postavljaju veće zahtjeve za projektovanje strujnih kola čipova. Prije svega, sa povećanjem frekvencije prebacivanja, performanse komutacijskih komponenti se ističu

Visoki zahtjevi za performanse sklopnog elementa, a mora imati i odgovarajući sklopni element pogonskog kola kako bi se osiguralo da sklopni element u frekvenciji prebacivanja do nivoa megaherca normalnog rada. Drugo, za prijenosne elektronske uređaje na baterije, radni napon kola je nizak (u slučaju litijumskih baterija, na primjer).

Litijumske baterije, na primjer, radnog napona 2,5 ~ 3,6V), tako da je napajanje čipom za niži napon.

MOSFET ima vrlo nizak otpor, nisku potrošnju energije, u trenutno popularnom visokoefikasnom DC-DC čipu više MOSFET kao prekidač za napajanje. Međutim, zbog velikog parazitnog kapaciteta MOSFET-a. Ovo postavlja veće zahtjeve za projektovanje upravljačkih sklopova sklopnih cijevi za projektovanje DC-DC pretvarača visoke radne frekvencije. Postoje različita CMOS, BiCMOS logička kola koja koriste bootstrap boost strukturu i upravljačka kola kao velika kapacitivna opterećenja u niskonaponskom ULSI dizajnu. Ova kola su u stanju da rade ispravno u uslovima napona manjeg od 1V, a mogu da rade i pod uslovima opterećenja kapaciteta 1 ~ 2pF frekvencija može dostići desetine megabita ili čak stotine megaherca. U ovom radu, bootstrap pojačalo kolo se koristi za dizajniranje pogonske mogućnosti velikog kapaciteta opterećenja, pogodnog za niskonaponski, visokofrekventni pojačivač DC-DC pogonskog kruga pretvarača. Niski napon i PWM za pogon high-end MOSFET-a. PWM signal male amplitude za pokretanje zahtjeva visokog napona na gejtu MOSFET-a.