MOSFET оригиналь төп белем һәм куллану

Нигә бетү режимына килгәндәMOSFETsкулланылмый, аның төбенә төшү киңәш ителми.

Бу ике көчәйтү режимы MOSFET өчен NMOS еш кулланыла. Сәбәбе - каршылык кечкенә һәм җитештерү җиңел. Шуңа күрә, NMOS, гадәттә, электр белән тәэмин итүне һәм мотор йөртүче кушымталарын күчерүдә кулланыла. Киләсе кереш сүздә NMOS күбесенчә кулланыла.

MOSFETның өч кадак арасында паразитик сыйдырышлык бар. Бу безгә кирәк түгел, ләкин җитештерү процессы чикләүләре аркасында килеп чыга. Паразитик сыйдырышлыкның булуы саклагыч схемасын проектлаганда яки сайлаганда аны тагын да катлауландыра, ләкин моннан качу мөмкинлеге юк. Соңрак аны җентекләп таныштырырбыз.

Дренаж белән чыганак арасында паразитик диод бар. Бу тән диоды дип атала. Бу диод индуктив йөкләрне йөрткәндә бик мөһим (моторлар кебек). Әйткәндәй, тән диоды бер MOSFETта гына бар һәм гадәттә интеграль челтәр эчендә табылмый.

2. MOSFET үткәрү үзенчәлекләре

Conductткәрү - коммутаторның ябылуына тиң булган коммутатор булып эшләү дигән сүз.

NMOS-ның характеристикасы - Vgs билгеле бер кыйммәттән зуррак булганда кабызыла. Чыганак җиргә төшкәндә куллану өчен яраклы (аз драйвер), капка көчәнеше 4В яки 10В җиткәндә.

PMOS-ның характеристикалары шунда: ул Vgs билгеле бер кыйммәттән ким булганда кабызылачак, бу чыганак VCC (югары диск) белән тоташкан очракларга яраклы. Шулай даPMOSюгары драйвер буларак җиңел кулланылырга мөмкин, NMOS гадәттә югары каршылыклы, югары бәяле һәм алмаштыру төрләре аркасында югары дәрәҗәдәге драйверларда кулланыла.

3. MOS күчергеч трубасын югалту

NMOS яки PMOS булсын, кабызылганнан соң каршылык бар, шуңа күрә ток бу каршылыкта энергия кулланачак. Кулланылган энергиянең бу өлеше үткәрү югалту дип атала. Кечкенә каршылыклы MOSFET сайлау үткәрү югалтуларын киметәчәк. Бүгенге аз көчле MOSFET каршылык, гадәттә, дистәләрчә миллиохм тирәсе, һәм шулай ук берничә миллиохм бар.

MOSFET кабызылган һәм сүнгәндә, ул тиз арада тәмамланырга тиеш түгел. MOS аша көчәнеш кимү процессына ия, һәм агым токы арта. Бу чордаMOSFET'sюгалту - көчәнеш һәм ток продукты, ул күчү югалту дип атала. Гадәттә югалтуларны күчерү үткәрү югалтуларыннан күпкә зуррак, һәм күчү ешлыгы тизрәк, югалтулар шулкадәр зур.

Conductткәрү моментында көчәнеш һәм ток продукты бик зур, зур югалтулар китерә. Күчерү вакытын кыскарту һәр үткәрү вакытында югалтуны киметергә мөмкин; күчү ешлыгын киметү берәмлек вакытына ачкычлар санын киметергә мөмкин. Ике ысул да күчү югалтуларын киметергә мөмкин.

MOSFET кабызылганда дулкын формасы. Күрергә була, үткәрү моментында көчәнеш һәм ток продукты бик зур, һәм китерелгән югалту да бик зур. Күчерү вакытын кыскарту һәр үткәрү вакытында югалтуны киметергә мөмкин; күчү ешлыгын киметү берәмлек вакытына ачкычлар санын киметергә мөмкин. Ике ысул да күчү югалтуларын киметергә мөмкин.

4. MOSFET драйверы

Биполяр транзисторлар белән чагыштырганда, гадәттә, GS көчәнеше билгеле бер кыйммәттән югарырак булганда, MOSFETны кабызу өчен бернинди ток кирәк түгел дип санала. Моны эшләү җиңел, ләкин безгә тизлек тә кирәк.

MOSFET структурасында GS һәм GD арасында паразитик сыйдырышлык барлыгын күреп була, һәм MOSFET йөртү - конденсаторның корылмасы һәм агымы. Конденсаторны зарядлау ток таләп итә, чөнки конденсаторны зарядланган вакытта кыска схема итеп карарга мөмкин, шуңа күрә мизгел ток чагыштырмача зур булачак. MOSFET драйверын сайлаганда / проектлаганда беренче игътибарга лаек нәрсә - ул бирә ала торган кыска схема токы күләме. ?

Икенче игътибарга лаек нәрсә - гадәттә югары машина йөртү өчен кулланыла торган NMOS, кабызылган көчәнеш чыганак көчәнешеннән зуррак булырга тиеш. Sideгары яклы йөртелгән MOSFET кабызылганда, чыганак көчәнеше дренаж көчәнеше (VCC) белән бертигез, шуңа күрә капка көчәнеше бу вакытта VCCдан 4V яки 10V зуррак. Әгәр дә сез бер үк системада VCC-тан зуррак көчәнеш алырга телисез икән, сезгә махсус көчәйтү схемасы кирәк. Күпчелек мотор йөртүчеләре интеграль корылма насосларына ия. Әйтергә кирәк, MOSFET йөртү өчен җитәрлек кыска схема токын алу өчен тиешле тышкы конденсатор сайланырга тиеш.

Aboveгарыда телгә алынган 4В яки 10В - еш кулланыла торган MOSFETларның көчәнеш көчәнеше, һәм, әлбәттә, проектлау вакытында билгеле бер маржа рөхсәт ителергә тиеш. Theәм көчәнеш никадәр югары булса, үткәрү тизлеге тизрәк һәм үткәрү каршылыгы кечерәк. Хәзер төрле өлкәләрдә кулланылган кечерәк үткәргеч көчәнешләре булган MOSFETлар бар, ләкин 12В автомобиль электрон системаларында, гадәттә, 4В үткәрү җитә.

MOSFET драйвер схемасы һәм аның югалтулары өчен, зинһар, Microchip'ның AN799 MOSFET драйверларына MOSFET'ларга туры килүен карагыз. Бу бик җентекле, шуңа күрә мин күбрәк язмыйм.

MOSFET - FET төре (икенчесе - JFET). Аны көчәйтү режимына яки бетү режимына, P-каналга яки N-каналга ясарга мөмкин, барлыгы 4 төр. Ләкин, N-канал MOSFET көчәйтү режимы гына кулланыла. һәм көчәйтү тибындагы P-канал MOSFET, шуңа NMOS яки PMOS гадәттә бу ике төргә карый.

5. MOSFET кушымта схемасы?

MOSFET-ның иң мөһим характеристикасы - аның яхшы күчү характеристикасы, шуңа күрә ул электр ачкычларын таләп итүче схемаларда киң кулланыла, мәсәлән, электр тәэминаты һәм двигательләр күчү, шулай ук яктырту.

Бүгенге MOSFET драйверларының берничә махсус таләпләре бар:

1. Түбән көчәнеш куллану

5В электр тәэминаты кулланганда, бу вакытта традицион тотем полюс структурасы кулланылса, транзистор көчәнешнең якынча 0,7В төшүе булганга, капкага кулланылган соңгы көчәнеш 4,3В кына. Бу вакытта без номиналь капка көчен сайлыйбыз

4.5V MOSFET кулланганда билгеле бер куркыныч бар. Шул ук проблема 3В яки башка аз көчәнешле электр тәэминаты кулланганда да килеп чыга.

2. Киң көчәнеш куллану

Керү көчәнеше тотрыклы кыйммәт түгел, ул вакыт яки башка факторлар белән үзгәрәчәк. Бу үзгәреш PWM схемасы MOSFET белән тәэмин ителгән йөртү көчәнешенең тотрыксыз булуына китерә.

MOSFETларны югары капка көчәнешләре астында куркынычсыз итәр өчен, күп MOSFETлар эчендәге көчәнеш көйләүчеләре бар, капка көчәнешенең амплитудасын чикләү өчен. Бу очракта, бирелгән йөртү көчәнеше көчәнеш көйләүче торба көчәнешеннән артканда, ул зур статик энергия куллануга китерәчәк.

Шул ук вакытта, капка көчәнешен киметү өчен резистор көчәнеш бүлү принцибын куллансагыз, керү көчәнеше чагыштырмача зур булганда MOSFET яхшы эшләячәк, ләкин керү көчәнеше кимегәндә капка көчәнеше җитәрлек булмас, китереп чыгарыр. тулы булмаган үткәрү, шуның белән энергия куллануны арттыру.

3. Ике көчәнеш куллану

Кайбер контроль схемаларда логик өлеш гадәти 5В яки 3.3В санлы көчәнеш куллана, ә электр өлеше 12В яки хәтта югарырак көчәнеш куллана. Ике көчәнеш уртак җиргә тоташтырылган.

Бу түбән көчәнеш ягы югары көчәнеш ягында MOSFETны эффектив контрольдә тота алсын өчен, схеманы куллану таләбен күтәрә. Шул ук вакытта, югары көчәнеш ягында MOSFET 1 һәм 2 дә күрсәтелгән проблемалар белән очрашачак.

Бу өч очракта, тотем полюс структурасы чыгару таләпләренә җавап бирә алмый, һәм MOSFET драйверларының күпчелеге капка көчәнешен чикләү структураларын кертми кебек.

Шуңа күрә мин бу өч ихтыяҗны канәгатьләндерү өчен чагыштырмача гомуми схема эшләдем.

NMOS өчен йөртүче схемасы

Монда мин NMOS драйвер схемасына гади анализ ясармын:

Vl һәм Vh - түбән һәм югары дәрәҗәдәге электр тәэминаты. Ике көчәнеш бер үк булырга мөмкин, ләкин Vl Vh-тан артмаска тиеш.

Q1 һәм Q2 изоляциягә ирешү өчен инверсия тотем полюсын формалаштыралар, шул ук вакытта Q3 һәм Q4 ике йөртүче трубалары берьюлы кабызылмасын өчен.

R2 һәм R3 PWM көчәнешенә сылтама бирә. Бу сылтаманы үзгәртеп, схема PWM сигнал дулкын формасы чагыштырмача тек булган урында эшләргә мөмкин.

Q3 һәм Q4 саклагыч ток белән тәэмин итү өчен кулланыла. Эшләтелгәндә, Q3 һәм Q4 Vh һәм GND белән чагыштырганда минималь көчәнеш төшүе бар. Бу көчәнешнең төшүе гадәттә 0,3В тирәсе, бу Vce 0,7Втан күпкә түбән.

R5 һәм R6 - кире резисторлар, капка көчәнешен алу өчен кулланыла. Samрнәкләнгән көчәнеш Q1 һәм Q2 нигезләренә Q5 аша көчле тискәре җавап бирә, шулай итеп капка көчәнешен чикләнгән бәягә чикли. Бу кыйммәтне R5 һәм R6 аша көйләргә мөмкин.

Ниһаять, R1 Q3 һәм Q4 өчен төп ток лимитын тәэмин итә, һәм R4 MOSFET өчен капка ток лимитын тәэмин итә, бу Q3 һәм Q4 боз чикләре. Кирәк булса, тизләнеш конденсаторын R4 белән параллель тоташтырырга мөмкин.

Бу схема түбәндәге үзенчәлекләрне бирә:

1. highгары яклы MOSFET йөртү өчен түбән көчәнеш һәм PWM кулланыгыз.

2. Кечкенә капкалы көчәнеш таләпләре булган MOSFET йөртү өчен кечкенә амплитуда PWM сигналын кулланыгыз.

3. Капка көчәнешенең иң югары чиге

4. Керү һәм чыгу ток чикләре

5. Тиешле резисторлар кулланып, бик аз энергия куллануга ирешеп була.

6. PWM сигналы кирегә. NMOS бу үзенчәлеккә мохтаҗ түгел һәм алда инвертер куеп чишеп була.

Көчле җайланмалар һәм чыбыксыз продуктлар проектлаганда, продукт җитештерүчәнлеген яхшырту һәм батарейка гомерен озайту - дизайнерларга ике проблема. DC-DC конвертерлары югары эффективлык, зур чыгару токы һәм түбән тыныч ток өстенлекләренә ия, аларны күчергеч җайланмалар белән эш итү өчен бик яраклы итә. Хәзерге вакытта DC-DC конвертер конструктор технологиясен үстерүнең төп тенденцияләре: (1) frequгары ешлыклы технология: Күчергеч ешлыгы арта барган саен, күчү конвертерының күләме дә кими, көч тыгызлыгы да зурайган, һәм динамик җавап яхшырды. . Аз көчле DC-DC конвертерларының күчү ешлыгы мегагерц дәрәҗәсенә күтәреләчәк. . процессорларга һәм портатив электрон җайланмаларга таләпләр.

Бу технологияләрнең үсеше электр чип схемаларын проектлау өчен югары таләпләр куйды. Беренчедән, күчү ешлыгы арта барган саен, күчү элементларының эшенә югары таләпләр куела. Шул ук вакытта, күчү элементларының МГц га кадәр ешлыкларны күчерүдә гадәти эшләвен тәэмин итү өчен, тиешле күчергеч элемент саклагыч схемалары бирелергә тиеш. Икенчедән, батарея белән эшләнгән күчерелмә электрон җайланмалар өчен схеманың эш көчәнеше түбән (литий батарейкаларын мисал итеп алсак, эш көчәнеше 2,5 ~ 3,6В), шуңа күрә электр чипының эш көчәнеше түбән.

MOSFET каршылыкка бик түбән һәм аз энергия куллана. MOSFET хәзерге вакытта популяр булган югары эффектив DC-DC чипларында электр сүндергеч буларак кулланыла. Ләкин, MOSFETның зур паразитик сыйдырышлыгы аркасында, NMOS күчү трубаларының капка сыйдырышлыгы, гадәттә, дистәләрчә пикофарад кебек зур. Бу югары эшлекле ешлыклы DC-DC конвертерның труба йөртүче схемасы дизайны өчен югары таләпләр куя.

Аз көчәнешле ULSI конструкцияләрендә, төрле CMOS һәм BiCMOS логик схемалар бар, ботстрап көчәйтү структураларын кулланып, зур сыйдырышлык йөге кебек саклагыч схемалар. Бу схемалар гадәттә 1Втан түбән электр белән тәэмин итү көчәнеше белән эшли ала, һәм дистәләрчә мегагерц ешлыгында яки хәтта йөзләрчә мегагерц 1 - 2pF йөк сыйдырышлыгы белән эшли ала. Бу мәкалә түбән көчәнеш, югары күчү ешлыгы DC-DC конвертерлары өчен яраклы зур йөк сыйдырышлы йөртү мөмкинлеге булган саклагыч схемасын проектлау өчен bootstrap көчәйтү схемасын куллана. Схема Samsung AHP615 BiCMOS процессына нигезләнеп эшләнгән һәм Hspice симуляциясе белән расланган. Тапшыру көчәнеше 1,5В булганда һәм йөк сыйдырышлыгы 60pF булганда, эш ешлыгы 5МГцдан артып китә ала.

MOSFET күчү үзенчәлекләре

1. Статик үзенчәлекләр

Күчергеч элемент буларак, MOSFET шулай ук ике штатта эшли: сүндерелгән яки кабызылган. MOSFET көчәнеш белән идарә итүче компонент булганлыктан, аның эш торышы, нигездә, капка чыганагы көчәнеше uGS белән билгеләнә.

Эш үзенчәлекләре түбәндәгечә:

※ uGS ＜ кабызу көчәнеше UT: MOSFET киселгән җирдә эшли, дренаж чыганагы ток iDS нигездә 0, чыгу көчәнеше uDS≈UDD, һәм MOSFET "сүндерелгән" хәлдә.

※ uGS> Эшләү көчәнеше UT: MOSFET үткәрү өлкәсендә эшли, дренаж чыганагы ток iDS = UDD / (RD + rDS). Алар арасында rDS - MOSFET кабызылганда дренаж чыганагына каршы тору. Чыгыш көчәнеше UDS = UDD? RdS / (RD + rDS), әгәр rDS ＜＜ RD, uDS≈0V булса, MOSFET "кабызылган" хәлдә.

2. Динамик үзенчәлекләр

MOSFET шулай ук күчү һәм сүндерү халәтләре арасында күчү процессына ия, ләкин аның динамик характеристикалары, нигездә, схема белән бәйле адашкан сыйдырышлыкны зарядлау һәм җибәрү өчен кирәк булган вакытка, һәм труба үзе кабызылганда һәм корылма туплануга һәм агызуга бәйле. Таркату вакыты бик аз.

Керү көчәнеше ui югарыдан түбәнгә үзгәрсә һәм MOSFET штаттан сүндерелгән хәлгә үзгәрсә, электр белән тәэмин итү UDD адашкан сыйдырышлыкны CL аша RD аша зарядлый, һәм зарядлау вакыты constant1 = RDCL. Шуңа күрә, чыгу көчәнеше түбән дәрәҗәдән югары дәрәҗәгә үзгәргәнче билгеле тоткарлыкны үтәргә тиеш. кертү көчәнеше ui түбәннән югарыга үзгәргәндә һәм MOSFET сүндерелгән хәлдән дәүләткә үзгәргәндә, адашкан сыйдырышлык CL корылмасы rDS аша уза Агарту вакыты constant2≈rDSCL белән була. Күрергә була, Uo чыгу көчәнеше түбән дәрәҗәгә күчү алдыннан билгеле бер тоткарлануга мохтаҗ. Ләкин rDS RD-тан күпкә кечерәк булганга, кисүдән алып үткәрүгә әйләндерү вакыты үткәрүдән кисүгә күчү вакытыннан кыскарак.

MOSFETның дренаж чыганагына каршы тору rDS транзисторның туендыру каршылыгыннан күпкә зуррак булганлыктан, тышкы дренаж каршылыгы RD шулай ук транзисторның коллектор каршылыгы, зарядлау һәм чыгару вакыты белән чагыштырганда зуррак. MOSFET озынрак, MOSFET ясый Күчерү тизлеге транзисторныкыннан түбән. Ләкин, CMOS схемаларында, зарядлау схемасы һәм агызу схемасы икесе дә түбән каршылыклы схемалар булганлыктан, зарядлау һәм агызу процесслары чагыштырмача тиз, нәтиҗәдә CMOS схемасы өчен югары күчү тизлеге барлыкка килә.