Veliki paket MOSFET pokretačkog 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 vrste, ali stvarna primjena samo poboljšanih N-kanalnih MOSFET-ova i poboljšanih P-kanalnih MOSFET-ova, tako da obično se naziva NMOS ili PMOS odnosi se na ove dvije vrste. Za ove dvije vrste poboljšanih MOSFET-a, češće se koristi NMOS, razlog je što je otpor pri uključivanju mali i jednostavan za proizvodnju. Stoga se NMOS općenito koristi u aplikacijama sklopnog napajanja i motornog pogona.

U sljedećem uvodu, u većini slučajeva dominira NMOS. između tri pina MOSFET-a postoji parazitski kapacitet, značajka koja nije potrebna, ali se javlja zbog ograničenja proizvodnog procesa. Prisutnost parazitskog kapaciteta čini projektiranje ili odabir pokretačkog kruga pomalo škakljivim. Između odvoda i izvora nalazi se parazitna dioda. To se naziva dioda tijela i važna je za pokretanje 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 sklopnoj cijevi, bilo da se radi o NMOS ili PMOS, nakon što postoji provođenje otpora uključenja, tako da će struja trošiti energiju u ovom otporu, ovaj dio potrošene energije naziva se gubitkom provođenja. Odabir MOSFET-a s niskim otporom pri uključivanju smanjit će gubitak otpora pri uključivanju. Danas je otpor pri uključivanju MOSFET-a male snage općenito oko desetaka miliohma, a dostupno je i nekoliko miliohma. MOSFET-i ne smiju biti dovršeni 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. Tijekom tog vremenskog razdoblja gubitak MOSFET-a je umnožak napona i struje, što se naziva sklopni gubitak. Obično je gubitak sklopke mnogo veći od gubitka kondukcije, a što je frekvencija prebacivanja veća, gubitak je veći. Umnožak napona i struje u trenutku provođenja je vrlo velik, što rezultira velikim gubicima. Skraćivanje vremena preklapanja smanjuje gubitak pri svakom provođenju; smanjenjem sklopne frekvencije smanjuje se broj sklopki u jedinici vremena. Oba ova pristupa smanjuju gubitke pri prebacivanju.

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

Druga stvar koju treba primijetiti je da, općenito korišten u high-end NMOS pogonima, napon na vratima mora biti veći od napona izvora. High-end pogon MOSFET na napon izvora i napon odvoda (VCC) isti, tako da onda napon vrata od VCC 4V ili 10V. ako u istom sustavu, da bismo dobili veći napon od VCC-a, moramo se specijalizirati za krug pojačanja. Mnogi pokretači motora imaju integrirane pumpe za punjenje, važno je napomenuti da biste trebali odabrati odgovarajući vanjski kapacitet kako biste dobili dovoljnu struju kratkog spoja za pogon MOSFET-a. 4V ili 10V je često korišteni MOSFET na naponu, dizajn naravno, morate imati određenu marginu. Što je veći napon, veća je brzina uključenog stanja i niži otpor uključenog stanja. Sada postoje i manji MOSFET-ovi uključenog stanja koji se koriste u različitim poljima, ali u sustavu automobilske elektronike od 12 V, općenito je dovoljno 4 V uključenog stanja. Najistaknutija značajka MOSFET-a je preklopna karakteristika dobra, pa se naširoko koristi u potreba za elektroničkim sklopnim sklopovima, kao što je sklopno napajanje i motorni pogon, ali i prigušivanje rasvjete. Provođenje znači djelovati kao sklopka, što je ekvivalentno zatvaranju sklopke. Karakteristike NMOS-a, Vgs veće od određene vrijednosti će provoditi, prikladno za upotrebu u slučaju kada je izvor uzemljen (niski pogon), sve dok vrata napon od 4V ili 10V. Karakteristike PMOS-a, Vgs manje od određene vrijednosti će provoditi, pogodno za korištenje u slučaju kada je izvor spojen na VCC (high-end pogon). Međutim, iako se PMOS može lako koristiti kao high end drajver, NMOS se obično koristi u high end drajverima zbog velikog otpora pri uključivanju, visoke cijene i nekoliko vrsta zamjene.

Sada MOSFET pogon niskonaponskih aplikacija, kada se koristi napajanje od 5 V, ovaj put ako koristite tradicionalnu strukturu totemskog stupa, zbog pada napona na tranzistoru od oko 0,7 V, što rezultira stvarnim konačnim dodavanjem na vrata na napon je samo 4,3 V. U ovom trenutku odabiremo nominalni napon vrata od 4,5 V MOSFET-a zbog postojanja određenih rizika. Isti se problem javlja kod korištenja 3V ili drugih niskonaponskih izvora napajanja. Dvostruki napon se koristi u nekim upravljačkim krugovima gdje logički dio koristi tipični digitalni napon od 5 V ili 3,3 V, a energetski dio koristi 12 V ili čak i više. Dva su napona povezana pomoću zajedničkog uzemljenja. Ovo postavlja zahtjev za korištenje kruga koji omogućuje niskonaponskoj strani da učinkovito kontrolira MOSFET na visokonaponskoj strani, dok će se MOSFET na visokonaponskoj strani suočiti s istim problemima navedenim u 1 i 2. U sva tri slučaja, Struktura totemskog stupa ne može zadovoljiti izlazne zahtjeve, a čini se da mnogi gotovi MOSFET drajveri ne uključuju strukturu ograničenja napona vrata. Ulazni napon nije fiksna vrijednost, on varira s vremenom ili drugim čimbenicima. Ova varijacija uzrokuje nestabilan pogonski napon koji MOSFET-u daje PWM krug. Kako bi MOSFET bio siguran od visokih napona vrata, mnogi MOSFET-ovi imaju ugrađene regulatore napona za snažno ograničavanje amplitude napona vrata.

U ovom slučaju, kada osigurani pogonski napon premašuje napon regulatora, to će uzrokovati veliku statičku potrošnju energije. U isto vrijeme, ako jednostavno koristite princip otporničkog razdjelnika napona za smanjenje napona vrata, doći će do relativnog visok ulazni napon, MOSFET radi dobro, dok se ulazni napon smanjuje kada je napon vrata nedovoljan da izazove nedovoljno potpunu vodljivost, čime se povećava potrošnja energije.

Relativno uobičajeni krug ovdje samo za NMOS pogonski krug za jednostavnu analizu: Vl i Vh su nisko i visoko napajanje, ta dva napona mogu biti ista, ali Vl ne bi trebao premašiti Vh. Q1 i Q2 tvore obrnuti totemski stup, koji se koristi za postizanje izolacije, au isto vrijeme kako bi se osiguralo da dvije pogonske cijevi Q3 i Q4 neće biti uključene u isto vrijeme. R2 i R3 daju referencu PWM napona, a promjenom ove reference, možete učiniti da krug dobro radi, a napon na vratima nije dovoljan da izazove temeljito provođenje, čime se povećava potrošnja energije. R2 i R3 daju PWM referencu napona, promjenom ove reference, možete pustiti da krug radi u PWM signalu u relativno strmom i ravnom položaju. Q3 i Q4 koriste se za osiguranje pogonske struje, zbog vremena uključenja, Q3 i Q4 u odnosu na Vh i GND su samo minimalni Vce pad napona, ovaj pad napona je obično samo 0,3 V ili tako nešto, mnogo niži od 0,7 V Vce R5 i R6 su povratni otpornici za uzorkovanje napona vrata, nakon uzorkovanja napona, napon vrata se koristi kao povratni otpornik za napon vrata, a napon uzorka koristi se za napon vrata. R5 i R6 su povratni otpornici koji se koriste za uzorkovanje napona vrata, koji se zatim propušta kroz Q5 da bi se stvorila jaka negativna povratna sprega na bazama Q1 i Q2, čime se napon vrata ograničava na konačnu vrijednost. Ova se vrijednost može podesiti pomoću R5 i R6. Konačno, R1 osigurava ograničenje struje baze na Q3 i Q4, a R4 osigurava ograničenje struje vrata na MOSFET-ove, što je ograničenje Icea od Q3Q4. Ako je potrebno, iznad R4 može se paralelno spojiti kondenzator za ubrzanje.                                         

Prilikom projektiranja prijenosnih uređaja i bežičnih proizvoda, poboljšanje performansi proizvoda i produljenje vremena rada baterije dva su problema s kojima se dizajneri trebaju suočiti. DC-DC pretvarači imaju prednosti visoke učinkovitosti, visoke izlazne struje i niske struje mirovanja, što je vrlo prikladno za napajanje prijenosnih uređaja uređaja.

DC-DC pretvarači imaju prednosti visoke učinkovitosti, velike izlazne struje i niske struje mirovanja, što je vrlo pogodno za napajanje prijenosnih uređaja. Trenutačno, glavni trendovi u razvoju tehnologije dizajna DC-DC pretvarača uključuju: visokofrekventnu tehnologiju: s povećanjem frekvencije sklopke, veličina sklopnog pretvarača se također smanjuje, gustoća snage je značajno povećana, a dinamička odgovor je poboljšan. Mali

Preklopna frekvencija DC-DC pretvarača snage će porasti na razinu megaherca. Tehnologija niskog izlaznog napona: Uz kontinuirani razvoj tehnologije proizvodnje poluvodiča, radni napon mikroprocesora i prijenosne elektroničke opreme postaje sve niži i niži, što zahtijeva da budući DC-DC pretvarač može pružiti niski izlazni napon za prilagodbu mikroprocesoru i prijenosnoj elektroničkoj opremi, što zahtijeva budući DC-DC pretvarač može pružiti niski izlazni napon za prilagodbu mikroprocesoru.

Dovoljno za pružanje niskog izlaznog napona za prilagodbu mikroprocesorima i prijenosnoj elektroničkoj opremi. Ovaj tehnološki razvoj postavlja veće zahtjeve za dizajn strujnih krugova čipova za napajanje. Prije svega, s povećanjem frekvencije prebacivanja, izvedba sklopnih komponenti je istaknuta

Visoki zahtjevi za performanse sklopnog elementa i moraju imati odgovarajući sklopni sklop pogonskog sklopa kako bi se osiguralo da sklopni element u frekvenciji prebacivanja do razine megaherca normalnog rada. Drugo, za prijenosne elektroničke uređaje koji se napajaju baterijama, radni napon kruga je nizak (u slučaju litijevih baterija, na primjer).

Litijske baterije, na primjer, radni napon od 2,5 ~ 3,6 V), tako da je čip napajanja za niži napon.

MOSFET ima vrlo nizak otpor pri uključivanju, nisku potrošnju energije, u trenutno popularnom visokoučinkovitom DC-DC čipu više MOSFET-a kao prekidača napajanja. Međutim, zbog velikog parazitnog kapaciteta MOSFET-a. Ovo postavlja veće zahtjeve za dizajn strujnih krugova sklopnih cijevi za projektiranje DC-DC pretvarača visoke radne frekvencije. Postoje različiti CMOS, BiCMOS logički sklopovi koji koriste bootstrap boost strukturu i upravljačke sklopove kao velika kapacitivna opterećenja u niskonaponskom ULSI dizajnu. Ovi sklopovi mogu ispravno raditi u uvjetima napona manjeg od 1V, i mogu raditi u uvjetima kapaciteta opterećenja od 1 ~ 2pF, a frekvencija može doseći desetke megabita ili čak stotine megaherca. U ovom radu, bootstrap boost krug se koristi za projektiranje pogonske sposobnosti velikog kapacitivnog opterećenja, prikladnog za pogonski krug DC-DC pretvarača s niskim naponom i visokom sklopnom frekvencijom. Niski napon i PWM za pogon vrhunskih MOSFET-ova. PWM signal male amplitude za pokretanje zahtjeva visokog napona vrata MOSFET-a.