Suure paketiga MOSFET-draiveri vooluahel

Esiteks MOSFET-i tüüp ja struktuur,MOSFETon FET (teine on JFET), mida saab valmistada täiustatud või tühjendatud tüüpi, P-kanaliga või N-kanaliga kokku nelja tüüpi, kuid tegelik rakendus on ainult täiustatud N-kanaliga MOSFET-id ja täiustatud P-kanaliga MOSFET-id, nii et Tavaliselt viidatakse kui NMOS või PMOS, viitab neile kahele tüübile. Nende kahe täiustatud MOSFET-tüüpi puhul kasutatakse sagedamini NMOS-i. Põhjus on selles, et sisselülitatud takistus on väike ja seda on lihtne valmistada. Seetõttu kasutatakse NMOS-i üldiselt lülitustoiteallika ja mootoriajami rakendustes.

Järgmises sissejuhatuses domineerib enamikul juhtudel NMOS. MOSFET-i kolme kontakti vahel on parasiitmahtuvus, mis ei ole vajalik, kuid tekib tootmisprotsessi piirangute tõttu. Parasiitmahtuvuse olemasolu muudab draiveriahela kavandamise või valimise pisut keeruliseks. Drenaaži ja allika vahel on parasiitdiood. Seda nimetatakse keredioodiks ja see on oluline induktiivsete koormuste, näiteks mootorite, juhtimisel. Muide, korpuse diood on ainult üksikutes MOSFET-ides ja IC-kiibis seda tavaliselt pole.

MOSFETlülitustoru kadu, olgu see siis NMOS või PMOS, pärast sisselülitatud takistuse juhtivuse olemasolu, nii et vool tarbib selles takistuses energiat, nimetatakse seda osa tarbitud energiast juhtivuskadudeks. Madala sisselülitustakistusega MOSFET-ide valimine vähendab sisselülitatud takistuse kadu. Tänapäeval on väikese võimsusega MOSFET-ide sisselülitustakistus tavaliselt umbes kümned millioomid ja saadaval on ka mõni millioomi. MOSFET-id ei tohi hetkega valmis saada, kui need on sisse ja välja lülitatud. Pinget alandatakse MOSFET-i kahes otsas ja toimub protsess, mis suurendab seda läbivat voolu. Selle aja jooksul on MOSFET-ide kadu pinge korrutis. ja vool, mida nimetatakse lülituskaoks. Tavaliselt on lülituskadu palju suurem kui juhtivuse kadu ja mida kiirem on lülitussagedus, seda suurem on kadu. Pinge ja voolu korrutis juhtivuse hetkel on väga suur, mille tulemuseks on suured kaod. Lülitusaja lühendamine vähendab kadu igal juhtivusel; lülitussageduse vähendamine vähendab lülitite arvu ajaühikus. Mõlemad lähenemisviisid vähendavad lülituskadusid.

Võrreldes bipolaarsete transistoridega arvatakse üldiselt, et a valmistamiseks pole voolu vajaMOSFETseni, kuni GS pinge on üle teatud väärtuse. Seda on lihtne teha, kuid vajame ka kiirust. Nagu näete MOSFET-i struktuuris, on GS-i, GD-i vahel parasiitmahtuvus ja MOSFET-i juhtimine on tegelikult mahtuvuse laadimine ja tühjendamine. Kondensaatori laadimine nõuab voolu, kuna kondensaatori kohest laadimist võib vaadelda kui lühist, seega on hetkevool suurem. Esimene asi, mida MOSFET-draiveri valimisel/konstrueerimisel tähele panna, on saadava hetkelise lühisevoolu suurus.

Teine asi, mida tuleb tähele panna, on see, et tavaliselt tipptasemel NMOS-i draivi puhul peab sisselülitatud paisu pinge olema suurem kui allika pinge. High-end drive MOSFET allika pinge ja äravoolu pinge (VCC) sama, nii et siis värava pinge kui VCC 4V või 10V. kui samas süsteemis, peame VCC-st suurema pinge saamiseks spetsialiseeruma võimendusahelale. Paljudel mootori draiveritel on integreeritud laadimispumbad, oluline on märkida, et MOSFET-i juhtimiseks piisava lühisevoolu saamiseks peaksite valima sobiva välismahtuvuse. 4V või 10V on pingel tavaliselt kasutatav MOSFET, loomulikult peab teil olema teatud varu. Mida kõrgem on pinge, seda suurem on sisselülitatud oleku kiirus ja seda väiksem on sisselülitatud oleku takistus. Nüüd on erinevates valdkondades kasutusel ka väiksemad sisselülitatud pingega MOSFET-id, kuid 12 V autoelektroonikasüsteemis piisab üldiselt 4 V sisselülitatud olekust. MOSFETide kõige tähelepanuväärsem omadus on kauba lülitusomadused, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt vajadus elektrooniliste lülitusahelate järele, nagu lülitustoiteallikas ja mootoriajam, aga ka valgustuse hämardamine. Juhtiv vahend, mis toimib lülitina, mis on samaväärne lüliti sulgemisega. NMOS-i omadused, teatud väärtusest suuremad Vgs juhivad, sobib kasutamiseks juhul, kui allikas on maandatud (madala otsa ajam), nii kaua kui värav pinge 4 V või 10 V. PMOS karakteristikud, juhib teatud väärtusest väiksemaid Vgs, sobib kasutamiseks juhul, kui allikas on ühendatud VCC-ga (high-end drive). Kuigi PMOS-i saab hõlpsasti kasutada kõrgekvaliteedilise draiverina, kasutatakse NMOS-i tavaliselt kõrgekvaliteedilistes draiverites suure sisselülitavuse, kõrge hinna ja väheste asendustüüpide tõttu.

Nüüd MOSFET drive madalpinge rakendusi, kui kasutada 5V toiteallikas, seekord, kui kasutate traditsioonilist totem masti struktuuri, kuna transistor olema umbes 0,7V pingelang, mille tulemusena tegelik lõplik lisatakse värav kohta pinge on ainult 4,3 V. Praegu valime MOSFET-i nimipingeks 4,5 V teatud riskide olemasolu alusel. Sama probleem ilmneb 3 V või muude madalpinge toiteallika kasutamisel. Kahekordset pinget kasutatakse mõnes juhtimisahelas, kus loogikaosa kasutab tüüpilist 5 V või 3,3 V digitaalset pinget ja toitesektsioon kasutab 12 V või isegi kõrgemat pinget. Need kaks pinget on ühendatud ühise maanduse abil. See seab nõude kasutada vooluahelat, mis võimaldab madalpinge poolel tõhusalt juhtida kõrgepingepoolset MOSFET-i, samal ajal kui kõrgepinge poolel on MOSFET-il samad probleemid, mida on mainitud punktides 1 ja 2. Kõigil kolmel juhul on totemiposti struktuur ei vasta väljundnõuetele ja tundub, et paljud MOSFET-draiveri IC-d ei sisalda paisu pinget piiravat struktuuri. Sisendpinge ei ole fikseeritud väärtus, see muutub aja või muude tegurite mõjul. See kõikumine põhjustab PWM-ahela poolt MOSFET-ile antava ajami pinge ebastabiilsuse. Selleks, et MOSFET oleks kõrge paisupinge eest kaitstud, on paljudel MOSFET-idel sisseehitatud pingeregulaatorid paisupinge amplituudi jõuliseks piiramiseks.

Sel juhul, kui pakutav ajami pinge ületab regulaatori pinge, põhjustab see suure staatilise energiatarbimise. Samal ajal, kui kasutate paisu pinge vähendamiseks lihtsalt takisti pingejaguri põhimõtet, tekib suhteliselt Kõrge sisendpinge korral töötab MOSFET hästi, samas kui paisupinge on ebapiisav, et tekitada ebapiisavalt täielikku juhtivust, vähendatakse sisendpinget, suurendades seega energiatarbimist.

Suhteliselt levinud vooluring siin ainult NMOS-draiveri vooluringi jaoks, et teha lihtne analüüs: Vl ja Vh on vastavalt madalaima ja kalli toiteallikad, kaks pinget võivad olla samad, kuid Vl ei tohiks ületada Vh. Q1 ja Q2 moodustavad ümberpööratud totemiposti, mida kasutatakse isolatsiooni saavutamiseks ja samal ajal selle tagamiseks, et kaks juhttoru Q3 ja Q4 ei oleks samal ajal sisse lülitatud. R2 ja R3 annavad PWM pinge referentsi ning seda referentsi muutes saad vooluringi hästi tööle panna ning paisupingest ei piisa põhjaliku juhtivuse tekitamiseks, suurendades seega voolutarbimist. R2 ja R3 annavad PWM-i pinge etalon, seda viidet muutes saate lasta vooluringil töötada PWM-signaali lainekujul, mis on suhteliselt järsk ja sirge. Q3 ja Q4 kasutatakse ajami voolu tagamiseks, kuna sisselülitusaeg on Q3 ja Q4 Vh ja GND suhtes vaid minimaalne Vce pingelang, see pingelang on tavaliselt umbes 0,3 V, palju väiksem. kui 0,7 V Vce R5 ja R6 on paisu pinge diskreetimistakistid, pärast pinge diskreetimist kasutatakse paisu pinget tagasisidetakistina paisu pinge ja näidise pinget kasutatakse paisupingeks. R5 ja R6 on tagasisidetakistid, mida kasutatakse paisupinge proovivõtmiseks, mis seejärel juhitakse läbi Q5, et luua tugev negatiivne tagasiside Q1 ja Q2 baasil, piirates seega paisu pinget lõpliku väärtuseni. Seda väärtust saab reguleerida R5 ja R6 abil. Lõpuks pakub R1 baasvoolu piiramist Q3-le ja Q4-le ning R4 piirab MOSFET-ide paisvoolu, mis on Q3Q4 jää piirang. R4 kohale saab vajadusel paralleelselt ühendada kiirenduskondensaatori.

Kaasaskantavate seadmete ja juhtmevabade toodete kavandamisel peavad disainerid silmitsi seisma kahe probleemiga toote jõudluse parandamine ja aku tööaja pikendamine. DC-DC muundurite eelisteks on kõrge efektiivsus, kõrge väljundvool ja madal puhkevool, mis sobivad väga hästi kaasaskantavate seadmete toiteks. seadmeid.

DC-DC muundurite eelisteks on kõrge kasutegur, kõrge väljundvool ja madal puhkevool, mis sobivad väga hästi kaasaskantavate seadmete toiteks. Praegu on alalis-alalisvoolu muundurite disainitehnoloogia arendamise peamised suundumused järgmised: kõrgsagedustehnoloogia: lülitussageduse suurenemisega väheneb ka lülitusmuunduri suurus, võimsustihedus on oluliselt suurenenud ja dünaamiline reageerimine on paranenud. Väike

Toite DC-DC muunduri lülitussagedus tõuseb megahertsi tasemele. Madala väljundpinge tehnoloogia: pooljuhtide tootmistehnoloogia pideva arenguga langeb mikroprotsessorite ja kaasaskantavate elektroonikaseadmete tööpinge üha madalamaks, mis nõuab, et tulevane alalis-alalisvoolu muundur saaks pakkuda madalat väljundpinget, et kohaneda mikroprotsessori ja kaasaskantavate elektroonikaseadmetega, mis nõuab tulevast alalis-alalisvoolu muundurit, mis suudab pakkuda mikroprotsessoriga kohanemiseks madalat väljundpinget.

Piisavalt madala väljundpinge tagamiseks, et kohaneda mikroprotsessorite ja kaasaskantavate elektroonikaseadmetega. Need tehnoloogilised arengud seavad kõrgemad nõuded toiteallika kiibi ahelate projekteerimisele. Esiteks tõstetakse lülitussageduse suurenemisega esile lülituskomponentide jõudlus

Kõrged nõuded lülituselemendi jõudlusele ja sellel peab olema vastav lülituselemendi ajam, et tagada lülituselemendi lülitussagedus normaalse töö megahertsi tasemele. Teiseks, akutoitel kaasaskantavate elektroonikaseadmete puhul on ahela tööpinge madal (liitiumakude puhul näiteks).

Liitiumakud, näiteks tööpinge 2,5 ~ 3,6 V), nii et toiteallika kiip madalama pinge jaoks.

MOSFET-il on väga madal sisselülitamistakistus ja madal energiatarve, praeguses populaarses suure tõhususega alalis-alalisvoolukiibis on toitelülitina rohkem MOSFET-i. Kuid MOSFETide suure parasiitmahtuvuse tõttu. See seab kõrgemad nõuded lülitustoru draiveriahelate projekteerimisele kõrge töösagedusega alalis-alalisvoolu muundurite projekteerimiseks. Madalpinge ULSI disainis on suurte mahtuvuslike koormustena mitmesuguseid CMOS-i, BiCMOS-i loogikalülitusi, mis kasutavad alglaadimisvõimendusstruktuuri ja draiveriahelaid. Need ahelad on võimelised korralikult töötama alla 1 V pingega toitetingimustes ja võivad töötada koormusmahtuvuse tingimustes 1 ~ 2 pF sagedus võib ulatuda kümnetesse megabittidesse või isegi sadadesse megahertsidesse. Selles artiklis kasutatakse alglaadimisvõimendusahelat suure koormusmahtuvusvõimega ajami projekteerimiseks, mis sobib madalpinge ja kõrge lülitussageduse võimendusega alalis-alalisvoolu muunduri ajami vooluringi jaoks. Madal pinge ja PWM tipptasemel MOSFETide juhtimiseks. väikese amplituudiga PWM-signaal MOSFETide kõrge paisupinge nõuete täitmiseks.