Litar Pemandu MOSFET Pakej Besar

Pertama sekali, jenis dan struktur MOSFET,MOSFETialah FET (satu lagi ialah JFET), boleh dihasilkan kepada jenis dipertingkatkan atau penyusutan, saluran-P atau saluran-N sejumlah empat jenis, tetapi penggunaan sebenar hanya MOSFET saluran-N yang dipertingkatkan dan MOSFET saluran-P yang dipertingkatkan, jadi biasanya dirujuk sebagai NMOS atau PMOS merujuk kepada dua jenis ini. Untuk kedua-dua jenis MOSFET yang dipertingkatkan ini, yang lebih biasa digunakan ialah NMOS, sebabnya ialah rintangan-pada kecil, dan mudah untuk dihasilkan. Oleh itu, NMOS biasanya digunakan dalam menukar bekalan kuasa dan aplikasi pemacu motor.

Dalam pengenalan berikut, kebanyakan kes didominasi oleh NMOS. kapasitans parasit wujud di antara tiga pin MOSFET, ciri yang tidak diperlukan tetapi timbul disebabkan oleh had proses pembuatan. Kehadiran kapasitans parasit menjadikannya agak sukar untuk mereka bentuk atau memilih litar pemacu. Terdapat diod parasit di antara longkang dan punca. Ini dipanggil diod badan dan penting dalam memacu beban induktif seperti motor. Dengan cara ini, diod badan hanya terdapat dalam MOSFET individu dan biasanya tidak terdapat di dalam cip IC.

MOSFETkehilangan tiub pensuisan, sama ada NMOS atau PMOS, selepas pengaliran rintangan pada wujud, supaya arus akan menggunakan tenaga dalam rintangan ini, bahagian tenaga yang digunakan ini dipanggil kehilangan pengaliran. Pemilihan MOSFET dengan rintangan pada rendah akan mengurangkan kehilangan pada rintangan. Pada masa kini, rintangan on-rintangan MOSFET berkuasa rendah biasanya sekitar puluhan miliohm, dan beberapa miliohm juga tersedia. MOSFET tidak boleh disiapkan dalam sekelip mata apabila ia dihidupkan dan dimatikan. Terdapat proses penurunan voltan pada kedua-dua hujung MOSFET, dan terdapat proses meningkatkan arus yang mengalir melaluinya. Dalam tempoh masa ini, kehilangan MOSFET adalah hasil daripada voltan dan arus, yang dipanggil kehilangan pensuisan. Biasanya kehilangan pensuisan adalah lebih besar daripada kehilangan pengaliran, dan lebih cepat frekuensi pensuisan, lebih besar kerugian. Hasil darab voltan dan arus semasa pengaliran adalah sangat besar, mengakibatkan kerugian yang besar. Memendekkan masa pensuisan mengurangkan kehilangan pada setiap pengaliran; mengurangkan frekuensi pensuisan mengurangkan bilangan suis setiap unit masa. Kedua-dua pendekatan ini mengurangkan kerugian pensuisan.

Berbanding dengan transistor bipolar, secara amnya dipercayai bahawa tiada arus diperlukan untuk membuat aMOSFETkelakuan, selagi voltan GS melebihi nilai tertentu. Ini mudah dilakukan, namun, kita juga memerlukan kelajuan. Seperti yang anda lihat dalam struktur MOSFET, terdapat kapasitansi parasit antara GS, GD, dan pemacu MOSFET, sebenarnya, pengecasan dan pelepasan kapasitans. Mengecas kapasitor memerlukan arus, kerana mengecas kapasitor serta-merta boleh dilihat sebagai litar pintas, jadi arus segera akan lebih tinggi. Perkara pertama yang perlu diberi perhatian semasa memilih/mereka bentuk pemacu MOSFET ialah saiz arus litar pintas serta-merta yang boleh disediakan.

Perkara kedua yang perlu diberi perhatian ialah, secara amnya digunakan dalam NMOS pemacu mewah, voltan pintu tepat masa perlu lebih besar daripada voltan sumber. MOSFET pemacu mewah pada voltan sumber dan voltan longkang (VCC) yang sama, jadi kemudian voltan get daripada VCC 4V atau 10V. jika dalam sistem yang sama, untuk mendapatkan voltan yang lebih besar daripada VCC, kita perlu pakar dalam litar rangsangan. Banyak pemandu motor mempunyai pam cas bersepadu, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa anda harus memilih kapasitans luaran yang sesuai untuk mendapatkan arus litar pintas yang mencukupi untuk memacu MOSFET. 4V atau 10V adalah MOSFET yang biasa digunakan pada voltan, reka bentuk sudah tentu, anda perlu mempunyai margin tertentu. Semakin tinggi voltan, semakin cepat kelajuan on-state dan semakin rendah rintangan on-state. Kini terdapat juga MOSFET voltan dalam keadaan yang lebih kecil digunakan dalam bidang yang berbeza, tetapi dalam sistem elektronik automotif 12V, secara amnya 4V dalam keadaan sudah mencukupi. Ciri yang paling ketara MOSFET ialah ciri pensuisan yang baik, jadi ia digunakan secara meluas dalam keperluan untuk litar pensuisan elektronik, seperti bekalan kuasa pensuisan dan pemacu motor, tetapi juga peredupan lampu. Menjalankan bermaksud bertindak sebagai suis, yang bersamaan dengan penutupan suis. Ciri-ciri NMOS, Vgs yang lebih besar daripada nilai tertentu akan mengalir, sesuai untuk digunakan dalam kes apabila sumber dibumikan (pemacu akhir rendah), selagi pintu masuk voltan 4V atau 10V. Ciri-ciri PMOS, Vgs kurang daripada nilai tertentu akan mengalir, sesuai untuk digunakan dalam kes apabila sumber disambungkan ke VCC (pemacu high-end). Walau bagaimanapun, walaupun PMOS boleh digunakan dengan mudah sebagai pemandu high end, NMOS biasanya digunakan dalam high end driver disebabkan oleh on-resistance yang besar, harga yang tinggi dan beberapa jenis penggantian.

Kini MOSFET memacu aplikasi voltan rendah, apabila penggunaan bekalan kuasa 5V, kali ini jika anda menggunakan struktur tiang totem tradisional, kerana transistor menjadi kira-kira 0.7V kejatuhan voltan, menyebabkan akhir sebenar ditambah ke pintu pada voltan hanya 4.3 V. Pada masa ini, kami memilih voltan pintu nominal 4.5V MOSFET pada kewujudan risiko tertentu. Masalah yang sama berlaku dalam penggunaan 3V atau keadaan bekalan kuasa voltan rendah yang lain. Voltan dwi digunakan dalam beberapa litar kawalan di mana bahagian logik menggunakan voltan digital 5V atau 3.3V biasa dan bahagian kuasa menggunakan 12V atau lebih tinggi. Kedua-dua voltan disambungkan menggunakan tanah sepunya. Ini meletakkan keperluan untuk menggunakan litar yang membolehkan bahagian voltan rendah mengawal MOSFET secara berkesan pada bahagian voltan tinggi, manakala MOSFET pada bahagian voltan tinggi akan menghadapi masalah yang sama yang dinyatakan dalam 1 dan 2. Dalam ketiga-tiga kes, struktur tiang totem tidak dapat memenuhi keperluan keluaran, dan banyak IC pemacu MOSFET di luar rak nampaknya tidak termasuk struktur pengehad voltan pintu. Voltan masukan bukan nilai tetap, ia berubah mengikut masa atau faktor lain. Variasi ini menyebabkan voltan pemacu yang diberikan kepada MOSFET oleh litar PWM menjadi tidak stabil. Untuk menjadikan MOSFET selamat daripada voltan get tinggi, banyak MOSFET mempunyai pengawal selia voltan terbina dalam untuk mengehadkan amplitud voltan pintu secara paksa.

Dalam kes ini, apabila voltan pemacu yang disediakan melebihi voltan pengawal selia, ia akan menyebabkan penggunaan kuasa statik yang besar Pada masa yang sama, jika anda hanya menggunakan prinsip pembahagi voltan perintang untuk mengurangkan voltan pintu, akan ada yang agak voltan masukan yang tinggi, MOSFET berfungsi dengan baik, manakala voltan masukan dikurangkan apabila voltan get tidak mencukupi untuk menyebabkan pengaliran yang tidak lengkap, sekali gus meningkatkan penggunaan kuasa.

Litar yang agak biasa di sini hanya untuk litar pemacu NMOS untuk melakukan analisis mudah: Vl dan Vh ialah bekalan kuasa akhir rendah dan tinggi, masing-masing, kedua-dua voltan boleh sama, tetapi Vl tidak boleh melebihi Vh. Q1 dan Q2 membentuk tiang totem terbalik, digunakan untuk mencapai pengasingan, dan pada masa yang sama untuk memastikan bahawa dua tiub pemacu Q3 dan Q4 tidak akan dihidupkan pada masa yang sama. R2 dan R3 menyediakan rujukan voltan PWM, dan dengan menukar rujukan ini, anda boleh membuat litar berfungsi dengan baik, dan voltan pintu tidak mencukupi untuk menyebabkan pengaliran menyeluruh, sekali gus meningkatkan penggunaan kuasa. R2 dan R3 menyediakan rujukan voltan PWM, dengan menukar rujukan ini, anda boleh membiarkan litar berfungsi dalam bentuk gelombang isyarat PWM yang agak curam dan kedudukan lurus. Q3 dan Q4 digunakan untuk menyediakan arus pemacu, disebabkan ketepatan masa, Q3 dan Q4 berbanding Vh dan GND hanyalah minimum penurunan voltan Vce, penurunan voltan ini biasanya hanya 0.3V atau lebih, jauh lebih rendah daripada 0.7V Vce R5 dan R6 adalah perintang maklum balas untuk pensampelan voltan get, selepas pensampelan voltan, voltan get digunakan sebagai perintang maklum balas kepada voltan get, dan voltan sampel digunakan kepada voltan get. R5 dan R6 ialah perintang maklum balas yang digunakan untuk mencontohi voltan get, yang kemudiannya melalui Q5 untuk mencipta maklum balas negatif yang kuat pada asas Q1 dan Q2, dengan itu mengehadkan voltan get kepada nilai terhingga. Nilai ini boleh dilaraskan oleh R5 dan R6. Akhir sekali, R1 menyediakan had arus asas kepada Q3 dan Q4, dan R4 menyediakan had arus get kepada MOSFET, iaitu had Ais Q3Q4. Kapasitor pecutan boleh disambung secara selari di atas R4 jika perlu.                                         

Apabila mereka bentuk peranti mudah alih dan produk wayarles, meningkatkan prestasi produk dan memanjangkan masa operasi bateri adalah dua isu yang perlu dihadapi oleh pereka bentuk. Penukar DC-DC mempunyai kelebihan kecekapan tinggi, arus keluaran tinggi dan arus senyap rendah, yang sangat sesuai untuk menjana kuasa mudah alih peranti.

Penukar DC-DC mempunyai kelebihan kecekapan tinggi, arus keluaran tinggi dan arus senyap rendah, yang sangat sesuai untuk menjanakan peranti mudah alih. Pada masa ini, trend utama dalam pembangunan teknologi reka bentuk penukar DC-DC termasuk: teknologi frekuensi tinggi: dengan peningkatan frekuensi pensuisan, saiz penukar pensuisan juga dikurangkan, ketumpatan kuasa telah meningkat dengan ketara, dan dinamik. tindak balas telah dipertingkatkan. Kecil

Kekerapan pensuisan penukar DC-DC kuasa akan meningkat ke tahap megahertz. Teknologi voltan keluaran rendah: Dengan perkembangan berterusan teknologi pembuatan semikonduktor, mikropemproses dan peralatan elektronik mudah alih voltan operasi semakin rendah, yang memerlukan penukar DC-DC masa depan boleh memberikan voltan keluaran rendah untuk menyesuaikan diri dengan mikropemproses dan peralatan elektronik mudah alih, yang memerlukan penukar DC-DC masa depan boleh memberikan voltan keluaran rendah untuk menyesuaikan diri dengan mikropemproses.

Cukup untuk memberikan voltan keluaran rendah untuk menyesuaikan diri dengan mikropemproses dan peralatan elektronik mudah alih. Perkembangan teknologi ini mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk reka bentuk litar cip bekalan kuasa. Pertama sekali, dengan peningkatan kekerapan pensuisan, prestasi komponen pensuisan dikemukakan

Keperluan tinggi untuk prestasi elemen pensuisan, dan mesti mempunyai litar pemacu elemen pensuisan yang sepadan untuk memastikan elemen pensuisan dalam frekuensi pensuisan sehingga tahap megahertz operasi biasa. Kedua, untuk peranti elektronik mudah alih berkuasa bateri, voltan kendalian litar adalah rendah (dalam kes bateri litium, contohnya).

Bateri litium, sebagai contoh, voltan operasi 2.5 ~ 3.6V), jadi cip bekalan kuasa untuk voltan yang lebih rendah.

MOSFET mempunyai rintangan pada yang sangat rendah, penggunaan tenaga yang rendah, dalam cip DC-DC berkecekapan tinggi yang popular semasa lebih MOSFET sebagai suis kuasa. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kapasiti parasit MOSFET yang besar. Ini meletakkan keperluan yang lebih tinggi pada reka bentuk litar pemacu tiub pensuisan untuk mereka bentuk penukar DC-DC frekuensi operasi tinggi. Terdapat pelbagai CMOS, litar logik BiCMOS menggunakan struktur rangsangan bootstrap dan litar pemacu sebagai beban kapasitif besar dalam reka bentuk ULSI voltan rendah. Litar ini dapat berfungsi dengan baik di bawah keadaan bekalan voltan kurang daripada 1V, dan boleh berfungsi di bawah keadaan kapasiti beban 1 ~ 2pF frekuensi boleh mencapai puluhan megabit atau bahkan ratusan megahertz. Dalam makalah ini, litar rangsangan bootstrap digunakan untuk mereka bentuk keupayaan pemacu kapasitans beban yang besar, sesuai untuk litar pemacu penukar DC-DC voltan rendah dan frekuensi pensuisan tinggi. Voltan akhir rendah dan PWM untuk memacu MOSFET mewah. isyarat PWM amplitud kecil untuk memacu keperluan voltan pintu tinggi MOSFET.