Böyük Paket MOSFET Sürücü Dövrü

İlk növbədə, MOSFET növü və quruluşu,MOSFETFET-dir (digəri JFET), təkmil və ya tükənən tipdə, P-kanallı və ya N-kanallı cəmi dörd növdə istehsal edilə bilər, lakin yalnız təkmilləşdirilmiş N-kanallı MOSFET-lərin və təkmilləşdirilmiş P-kanallı MOSFET-lərin faktiki tətbiqi, belə ki, adətən NMOS və ya PMOS olaraq adlandırılan bu iki növə aiddir. Təkmilləşdirilmiş MOSFET-lərin bu iki növü üçün daha çox istifadə edilən NMOS-dur, bunun səbəbi on-müqavimətin kiçik olması və istehsalı asan olmasıdır. Buna görə də, NMOS ümumiyyətlə enerji təchizatı və motor sürücüsü tətbiqlərində istifadə olunur.

Aşağıdakı girişdə, əksər hallarda NMOS üstünlük təşkil edir. MOSFET-in üç sancağı arasında parazitar tutum mövcuddur, bu xüsusiyyət tələb olunmur, lakin istehsal prosesinin məhdudiyyətləri səbəbindən yaranır. Parazit tutumun olması sürücü dövrəsinin dizaynını və ya seçilməsini bir qədər çətinləşdirir. Drenaj və mənbə arasında parazit diod var. Bu bədən diodu adlanır və mühərriklər kimi induktiv yüklərin idarə edilməsində vacibdir. Yeri gəlmişkən, gövdə diodu yalnız fərdi MOSFET-lərdə mövcuddur və adətən IC çipinin içərisində mövcud deyildir.

MOSFETkeçid borusu itkisi, istər NMOS, istərsə də PMOS olsun, on-müqavimətin ötürülməsi mövcud olduqdan sonra, cərəyan bu müqavimətdə enerji istehlak edəcək, istehlak olunan enerjinin bu hissəsi keçiricilik itkisi adlanır. Müqaviməti aşağı olan MOSFET-lərin seçilməsi on-müqavimət itkisini azaldacaq. Hal-hazırda, aşağı güclü MOSFET-lərin on-müqaviməti ümumiyyətlə onlarla milliohm civarındadır və bir neçə milliohm da mövcuddur. MOSFET-lər açıq və söndürüldükdə bir anda tamamlanmamalıdır. Gərginliyin azaldılması prosesi var. MOSFET-in iki ucu və ondan keçən cərəyanın artması prosesi var. Bu müddət ərzində MOSFET-lərin itirilməsi kommutasiya itkisi adlanan gərginlik və cərəyanın məhsulu. Adətən keçid itkisi keçiricilik itkisindən çox böyük olur və keçid tezliyi nə qədər tez olarsa, itki də bir o qədər böyük olur. Keçirmə anında gərginlik və cərəyanın məhsulu çox böyükdür, nəticədə böyük itkilər olur. Kommutasiya vaxtının qısaldılması hər keçirmədə itkini azaldır; keçid tezliyinin azaldılması vahid vaxta düşən açarların sayını azaldır. Bu yanaşmaların hər ikisi keçid itkilərini azaldır.

Bipolyar tranzistorlar ilə müqayisədə, ümumiyyətlə, bir cərəyan yaratmaq üçün heç bir cərəyan tələb olunmadığına inanılırMOSFETGS gərginliyi müəyyən bir dəyərdən yuxarı olduqda. Bunu etmək asandır, lakin bizə sürət də lazımdır. MOSFET-in strukturunda gördüyünüz kimi, GS, GD arasında parazitar bir tutum var və MOSFET-in hərəkəti əslində tutumun doldurulması və boşaldılmasıdır. Kondansatörün doldurulması cərəyan tələb edir, çünki kondansatörün dərhal doldurulması qısa bir dövrə kimi görünə bilər, buna görə də ani cərəyan daha yüksək olacaqdır. MOSFET sürücüsünü seçərkən/dizayn edərkən diqqət yetirilməli olan ilk şey təmin edilə bilən ani qısaqapanma cərəyanının ölçüsüdür.

Diqqət yetirməli olan ikinci şey, ümumiyyətlə yüksək səviyyəli sürücü NMOS-da istifadə olunan vaxtında qapı gərginliyinin mənbə gərginliyindən daha çox olması lazımdır. Mənbə gərginliyi və drenaj gərginliyi (VCC) üzrə yüksək səviyyəli sürücü MOSFET eynidır, buna görə də VCC 4V və ya 10V-dən daha sonra qapı gərginliyi. eyni sistemdədirsə, VCC-dən daha böyük bir gərginlik əldə etmək üçün, gücləndirici dövrədə ixtisaslaşmalıyıq. Bir çox motor sürücüsü inteqrasiya edilmiş doldurma nasoslarına malikdir, MOSFET-i idarə etmək üçün kifayət qədər qısaqapanma cərəyanı əldə etmək üçün müvafiq xarici tutumu seçməlisiniz. 4V və ya 10V gərginlikdə tez-tez istifadə olunan MOSFET-dir, dizaynda əlbəttə ki, müəyyən bir marjaya sahib olmalısınız. Gərginlik nə qədər yüksək olarsa, vəziyyət sürəti bir o qədər yüksək olar və vəziyyətə qarşı müqavimət bir o qədər aşağı olar. İndi müxtəlif sahələrdə istifadə edilən daha kiçik dövlət gərginlikli MOSFET-lər də var, lakin 12V avtomobil elektronikası sistemində, ümumiyyətlə, 4V-lik vəziyyət kifayətdir.MOSFET-lərin ən diqqətəlayiq xüsusiyyəti yaxşının kommutasiya xüsusiyyətləridir, buna görə də ondan geniş istifadə olunur. kommutasiya enerji təchizatı və motor sürücüsü kimi elektron kommutasiya sxemlərinə ehtiyac, həm də işıqlandırmanın qaralması. Keçirici, keçidin bağlanmasına bərabər olan açar rolunu oynayan vasitələr. NMOS xüsusiyyətləri, müəyyən bir dəyərdən çox olan Vgs keçirəcək, mənbənin əsaslandığı halda istifadə üçün uyğundur (aşağı səviyyəli sürücü), darvaza qədər 4V və ya 10V gərginlik.PMOS xüsusiyyətləri, Vgs müəyyən bir dəyərdən az keçirəcək, mənbə VCC-yə (yüksək səviyyəli sürücü) qoşulduqda istifadə üçün uyğundur. Bununla belə, PMOS yüksək səviyyəli sürücü kimi asanlıqla istifadə oluna bilsə də, böyük müqavimət, yüksək qiymət və bir neçə dəyişdirmə növünə görə NMOS adətən yüksək səviyyəli sürücülərdə istifadə olunur.

İndi MOSFET aşağı gərginlikli tətbiqləri idarə edir, 5V enerji təchizatı istifadə edildikdə, bu dəfə ənənəvi totem dirəyi quruluşundan istifadə etsəniz, tranzistor səbəbiylə təxminən 0.7V gərginlik düşməsinə səbəb olur, nəticədə faktiki final qapısına əlavə olunur. gərginlik yalnız 4.3 V. Bu zaman biz müəyyən risklərin mövcudluğuna görə MOSFET-in 4.5V nominal qapı gərginliyini seçirik. Eyni problem 3V və ya digər aşağı gərginlikli enerji təchizatı hallarının istifadəsində baş verir. İkili gərginlik bəzi idarəetmə sxemlərində istifadə olunur, burada məntiq bölməsi tipik 5V və ya 3.3V rəqəmsal gərginlikdən istifadə edir və güc bölməsi 12V və ya daha yüksək gərginlikdən istifadə edir. İki gərginlik ümumi torpaqdan istifadə edərək birləşdirilir. Bu, aşağı gərginlikli tərəfə yüksək gərginlikli tərəfdə MOSFET-i effektiv şəkildə idarə etməyə imkan verən dövrədən istifadə etmək tələbini qoyur, yüksək gərginlikli tərəfdəki MOSFET isə 1 və 2-də qeyd olunan eyni problemlərlə üzləşəcək. Hər üç halda, totem qütb strukturu çıxış tələblərinə cavab verə bilmir və bir çox hazır MOSFET sürücü IC-lərinə qapı gərginliyini məhdudlaşdıran struktur daxil edilmir. Giriş gərginliyi sabit bir dəyər deyil, zamana və ya digər amillərə görə dəyişir. Bu dəyişiklik PWM dövrəsi tərəfindən MOSFET-ə verilən sürücü gərginliyinin qeyri-sabit olmasına səbəb olur. MOSFET-i yüksək qapı gərginliyindən təhlükəsiz etmək üçün bir çox MOSFET-də qapı gərginliyinin amplitüdünü zorla məhdudlaşdıran daxili gərginlik tənzimləyiciləri var.

Bu halda, təmin edilən sürücü gərginliyi tənzimləyicinin gərginliyini aşdıqda, bu, böyük bir statik enerji istehlakına səbəb olacaqdır. yüksək giriş gərginliyi, MOSFET yaxşı işləyir, giriş gərginliyi qapının gərginliyi qeyri-kafi tam keçirməyə səbəb olmaq üçün kifayət etmədikdə azalır və beləliklə enerji istehlakı artır.

Burada nisbətən ümumi dövrə yalnız NMOS sürücü sxemi üçün sadə bir analiz etmək üçün: Vl və Vh aşağı səviyyəli və yüksək səviyyəli enerji təchizatıdır, müvafiq olaraq iki gərginlik eyni ola bilər, lakin Vl Vh-dən çox olmamalıdır. Q1 və Q2 ters çevrilmiş totem dirəyini təşkil edir, izolyasiyaya nail olmaq və eyni zamanda iki sürücü borusu Q3 və Q4-ün eyni vaxtda yanmamasını təmin etmək üçün istifadə olunur. R2 və R3 PWM gərginlik arayışını təmin edir və bu arayışı dəyişdirərək, dövrənin yaxşı işləməsini təmin edə bilərsiniz və qapının gərginliyi hərtərəfli keçirməyə səbəb olmaq üçün kifayət deyil, beləliklə enerji istehlakı artır. R2 və R3 PWM gərginlik arayışını təmin edir, bu arayışı dəyişdirərək, dövrənin PWM siqnal dalğa formasında nisbətən dik və düz vəziyyətdə işləməsinə icazə verə bilərsiniz. Q3 və Q4 sürücü cərəyanını təmin etmək üçün istifadə olunur, çünki vaxtında Vh və GND-yə nisbətən Q3 və Q4 Vce gərginlik düşməsinin minimumu olur, bu gərginlik düşməsi adətən cəmi 0,3V və ya daha aşağı olur. 0.7V-dən çox Vce R5 və R6 qapı gərginliyinin seçilməsi üçün əks əlaqə rezistorlarıdır, gərginlik nümunəsi götürüldükdən sonra darvazanın gərginliyi darvaza ilə əks əlaqə rezistoru kimi istifadə olunur. gərginlik və nümunənin gərginliyi qapı gərginliyinə istifadə olunur. R5 və R6, qapı gərginliyini nümunə götürmək üçün istifadə edilən əks əlaqə rezistorlarıdır, daha sonra Q1 və Q2 əsasları üzərində güclü mənfi rəy yaratmaq üçün Q5-dən keçirilir və bununla da qapı gərginliyini sonlu bir dəyərlə məhdudlaşdırır. Bu dəyər R5 və R6 ilə tənzimlənə bilər. Nəhayət, R1 əsas cərəyanın Q3 və Q4-ə məhdudiyyətini təmin edir və R4, Q3Q4-ün Buzunun məhdudiyyəti olan MOSFET-lərə qapı cərəyanının məhdudlaşdırılmasını təmin edir. Lazım gələrsə, sürətləndirici kondansatör R4-dən yuxarı paralel olaraq qoşula bilər.                                         

Portativ cihazların və simsiz məhsulların layihələndirilməsi zamanı məhsulun performansının yaxşılaşdırılması və batareyanın işləmə müddətinin uzadılması dizaynerlərin üzləşməli olduğu iki məsələdir. DC-DC çeviriciləri yüksək səmərəlilik, yüksək çıxış cərəyanı və aşağı sakit cərəyan kimi üstünlüklərə malikdir və portativ enerji təchizatı üçün çox uyğundur. cihazlar.

DC-DC çeviriciləri portativ cihazları gücləndirmək üçün çox uyğun olan yüksək səmərəlilik, yüksək çıxış cərəyanı və aşağı sakit cərəyan üstünlüklərinə malikdir. Hal-hazırda DC-DC çeviricilərinin dizayn texnologiyasının inkişafının əsas tendensiyalarına aşağıdakılar daxildir: yüksək tezlikli texnologiya: kommutasiya tezliyinin artması ilə kommutasiya çeviricisinin ölçüsü də azalır, güc sıxlığı əhəmiyyətli dərəcədə artır və dinamik reaksiya təkmilləşdirilmişdir. Kiçik

Güc DC-DC çeviricisinin keçid tezliyi megahertz səviyyəsinə yüksələcək. Aşağı çıxış gərginliyi texnologiyası: Yarımkeçirici istehsal texnologiyasının davamlı inkişafı ilə mikroprosessorlar və portativ elektron avadanlıqların işləmə gərginliyi getdikcə aşağı düşür, bu da gələcək DC-DC çeviricisinin mikroprosessor və portativ elektron avadanlıqlara uyğunlaşmaq üçün aşağı çıxış gərginliyini təmin edə bilməsini tələb edir. gələcək DC-DC çevirici tələb edir mikroprosessor uyğunlaşmaq üçün aşağı çıxış gərginliyi təmin edə bilər.

Mikroprosessorlara və portativ elektron avadanlıqlara uyğunlaşmaq üçün aşağı çıxış gərginliyini təmin etmək kifayətdir. Bu texnoloji inkişaflar enerji təchizatı çiplərinin sxemlərinin dizaynına daha yüksək tələblər qoyur. Hər şeydən əvvəl, artan keçid tezliyi ilə kommutasiya komponentlərinin performansı irəli sürülür

Kommutasiya elementinin işinə yüksək tələblər qoyulur və keçid tezliyində keçid elementinin normal iş rejiminin megahertz səviyyəsinə çatmasını təmin etmək üçün müvafiq keçid elementi sürücü sxeminə malik olmalıdır. İkincisi, akkumulyatorla işləyən portativ elektron cihazlar üçün dövrənin işləmə gərginliyi aşağıdır (məsələn, litium batareyaları vəziyyətində).

Litium batareyaları, məsələn, işləmə gərginliyi 2,5 ~ 3,6V), belə ki, aşağı gərginlik üçün enerji təchizatı çipi.

MOSFET çox aşağı müqavimətə, aşağı enerji istehlakına malikdir, indiki populyar yüksək səmərəli DC-DC çipində güc açarı kimi daha çox MOSFET-dir. Bununla belə, MOSFET-lərin böyük parazit tutumuna görə. Bu, yüksək əməliyyat tezliyi DC-DC çeviricilərinin layihələndirilməsi üçün keçid borusu sürücüsü sxemlərinin dizaynına daha yüksək tələblər qoyur. Aşağı gərginlikli ULSI dizaynında böyük tutumlu yüklər kimi bootstrap gücləndirmə strukturundan və sürücü sxemlərindən istifadə edən müxtəlif CMOS, BiCMOS məntiq sxemləri mövcuddur. Bu sxemlər 1V-dən az gərginlik təchizatı şəraitində düzgün işləməyə qadirdir və yük tutumu 1 ~ 2pF tezliyi şəraitində işləyə bilər, onlarla meqabit və ya hətta yüzlərlə megahertsə çata bilər. Bu yazıda, yükləmə kəmərinin gücləndirici sxemi aşağı gərginlikli, yüksək keçid tezliyi gücləndirici DC-DC çevirici sürücü dövrəsinə uyğun olan böyük yük tutumlu sürücü qabiliyyətini dizayn etmək üçün istifadə olunur. Yüksək səviyyəli MOSFET-ləri idarə etmək üçün aşağı səviyyəli gərginlik və PWM. MOSFET-lərin yüksək gərginlik tələblərini idarə etmək üçün kiçik amplituda PWM siqnalı.