MOSFET pangaweruh dasar aslina sarta aplikasi

Sedengkeun pikeun naha mode depletionMOSFETsteu dipaké, teu dianjurkeun pikeun meunangkeun ka handap eta.

Pikeun dua MOSFET modeu paningkatan ieu, NMOS langkung sering dianggo. Alesanna nyaéta résistansi anu leutik sareng gampang didamel. Ku alatan éta, NMOS umumna dipaké dina switching catu daya sarta aplikasi drive motor. Dina bubuka handap, NMOS lolobana dipaké.

Aya kapasitansi parasit antara tilu pin MOSFET. Ieu sanés anu urang peryogikeun, tapi disababkeun ku watesan prosés manufaktur. Ayana kapasitansi parasit ngajadikeun eta leuwih troublesome nalika ngarancang atawa milih sirkuit drive, tapi teu aya deui jalan pikeun nyingkahan éta. Urang bakal ngawanohkeun eta di jéntré engké.

Aya dioda parasit antara solokan jeung sumber. Ieu disebut dioda awak. Dioda ieu penting pisan nalika nyetir beban induktif (sapertos motor). Ku jalan kitu, dioda awak ngan aya dina MOSFET tunggal jeung biasana teu kapanggih dina chip sirkuit terpadu.

 

2. ciri konduksi MOSFET

Ngalaksanakeun hartina akting salaku switch, nu sarua jeung switch keur ditutup.

Karakteristik NMOS nyaéta yén éta bakal hurung nalika Vgs langkung ageung tibatan nilai anu tangtu. Ieu cocog pikeun pamakéan nalika sumber grounded (low-tungtung drive), salami tegangan Gerbang ngahontal 4V atawa 10V.

Karakteristik PMOS nyaéta yén éta bakal hurung nalika Vgs kirang tina nilai anu tangtu, anu cocog pikeun kaayaan dimana sumberna disambungkeun ka VCC (drive high-end). Sanajan kitu, sanajanPMOSbisa gampang dipaké salaku supir high-end, NMOS biasana dipaké dina drivers high-end alatan badag dina lalawanan, harga tinggi, sarta sababaraha tipe ngagantian.

 

3. MOS switch tube leungitna

Naha éta NMOS atanapi PMOS, aya hiji on-resistance sanggeus dihurungkeun, jadi ayeuna bakal meakeun énergi dina lalawanan ieu. Ieu bagian tina énergi dikonsumsi disebut leungitna konduksi. Milih hiji MOSFET kalawan leutik dina lalawanan bakal ngurangan karugian konduksi. MOSFET-daya-rendah ayeuna dina résistansi umumna sakitar puluhan milliohms, sareng aya ogé sababaraha milliohms.

Nalika MOSFET dihurungkeun sareng mareuman, éta henteu kedah réngsé langsung. Tegangan peuntas MOS ngabogaan prosés nurun, sarta arus ngalir ngabogaan prosés ngaronjatkeun. Salila periode ieu, nuMOSFET urangleungitna mangrupakeun produk tegangan jeung arus, nu disebut leungitna switching. Biasana switching karugian jauh leuwih badag batan karugian konduksi, jeung leuwih gancang frékuénsi switching, nu leuwih gede karugian.

Produk tegangan jeung arus dina momen konduksi kacida gedéna, ngabalukarkeun karugian gede. Shortening waktu switching bisa ngurangan leungitna salila unggal konduksi; ngurangan frékuénsi switching bisa ngurangan jumlah switch per unit waktu. Duanana métode bisa ngurangan karugian switching.

Bentuk gelombang nalika MOSFET dihurungkeun. Ieu bisa ditempo yén produk tegangan jeung arus dina momen konduksi pisan badag, sarta leungitna disababkeun ogé kacida gedéna. Ngurangan waktu switching bisa ngurangan leungitna salila unggal konduksi; ngurangan frékuénsi switching bisa ngurangan jumlah switch per unit waktu. Duanana métode bisa ngurangan karugian switching.

 

4. supir MOSFET

Dibandingkeun sareng transistor bipolar, umumna dipercaya yén teu aya arus anu diperyogikeun pikeun ngaktipkeun MOSFET, salami tegangan GS langkung luhur tibatan nilai anu tangtu. Ieu gampang pikeun ngalakukeun, tapi urang ogé butuh speed.

Ieu bisa ditempo dina struktur MOSFET nu aya hiji kapasitansi parasit antara GS na GD, sarta nyetir MOSFET sabenerna muatan jeung ngurangan kapasitor nu. Ngecas kapasitor merlukeun arus, sabab kapasitor bisa dianggap salaku sirkuit pondok dina momen ngecas, jadi arus sakedapan bakal rélatif badag. Hal kahiji anu kedah diperhatoskeun nalika milih / ngarancang supir MOSFET nyaéta jumlah arus sirkuit pondok anu tiasa disayogikeun. .

Hal kadua anu kedah diperhatoskeun nyaéta NMOS, anu biasa dianggo pikeun nyetir high-end, peryogi tegangan gerbang langkung ageung tibatan tegangan sumber nalika dihurungkeun. Nalika MOSFET didorong sisi luhur dihurungkeun, tegangan sumberna sami sareng tegangan solokan (VCC), janten tegangan gerbang 4V atanapi 10V langkung ageung tibatan VCC ayeuna. Upami anjeun hoyong tegangan anu langkung ageung tibatan VCC dina sistem anu sami, anjeun peryogi sirkuit dorongan khusus. Seueur supir motor gaduh pompa muatan terpadu. Ieu kudu dicatet yén hiji kapasitor éksternal luyu kudu dipilih pikeun ménta arus pondok-circuit cukup pikeun ngajalankeun MOSFET nu.

 

4V atanapi 10V anu disebatkeun di luhur mangrupikeun tegangan péngkolan MOSFET anu biasa dianggo, sareng tangtosna margin anu tangtu kedah diidinan nalika desain. Jeung nu leuwih luhur tegangan, nu gancang laju konduksi jeung nu leuwih leutik résistansi konduksi. Ayeuna aya MOSFET kalayan tegangan konduksi anu langkung alit anu dianggo dina widang anu béda, tapi dina sistem éléktronik otomotif 12V, umumna konduksi 4V cukup.

 

Pikeun sirkuit supir MOSFET sareng karugianana, mangga tingal Microchip's AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs. Éta rinci pisan, janten kuring moal nyerat langkung seueur.

 

Produk tegangan jeung arus dina momen konduksi kacida gedéna, ngabalukarkeun karugian gede. Ngurangan waktu switching bisa ngurangan leungitna salila unggal konduksi; ngurangan frékuénsi switching bisa ngurangan jumlah switch per unit waktu. Duanana métode bisa ngurangan karugian switching.

MOSFET mangrupikeun jinis FET (anu sanésna nyaéta JFET). Ieu bisa dijieun kana mode ningkatna atawa mode depletion, P-kanal atawa N-kanal, jumlahna aya 4 jenis. Tapi, ngan MOSFET saluran N-mode paningkatan anu sabenerna dianggo. sarta enhancement-tipe P-kanal MOSFET, jadi NMOS atanapi PMOS biasana nujul kana dua jenis ieu.

 

5. sirkuit aplikasi MOSFET?

Karakteristik anu paling penting tina MOSFET nyaéta ciri switching anu saé, janten seueur dianggo dina sirkuit anu ngabutuhkeun saklar éléktronik, sapertos ngagentos catu daya sareng drive motor, ogé lampu dimming.

 

Supir MOSFET ayeuna gaduh sababaraha syarat khusus:

1. aplikasi tegangan low

Nalika nganggo catu daya 5V, upami struktur kutub totem tradisional dianggo dina waktos ayeuna, sabab transistor ngagaduhan turunna tegangan sakitar 0.7V, tegangan ahir anu leres-leres dilarapkeun kana gerbang ngan ukur 4.3V. Dina waktos ieu, urang milih kakuatan gerbang nominal

Aya résiko anu tangtu nalika nganggo MOSFET 4.5V. Masalah anu sami ogé lumangsung nalika nganggo 3V atanapi catu daya tegangan rendah anu sanés.

2. aplikasi tegangan Wide

Tegangan input sanes a nilai tetep, éta bakal robah kalawan waktu atawa faktor séjén. Parobihan ieu nyababkeun tegangan nyetir anu disayogikeun ku sirkuit PWM ka MOSFET janten teu stabil.

Dina raraga nyieun MOSFETs aman dina tegangan Gerbang tinggi, loba MOSFETs geus diwangun-di régulator tegangan pikeun forcefully ngawatesan amplitudo tegangan Gerbang. Dina hal ieu, nalika tegangan nyetir disadiakeun ngaleuwihan tegangan tabung regulator tegangan, éta bakal ngabalukarkeun konsumsi kakuatan statik badag.

Dina waktos anu sami, upami anjeun ngan ukur nganggo prinsip pembagian tegangan résistor pikeun ngirangan tegangan gerbang, MOSFET bakal tiasa dianggo saé nalika tegangan input rélatif luhur, tapi nalika tegangan input diréduksi, tegangan gerbang bakal cekap, nyababkeun konduksi teu lengkep, kukituna ngaronjatkeun konsumsi kakuatan.

3. Aplikasi tegangan ganda

Dina sababaraha sirkuit kontrol, bagian logika ngagunakeun tegangan digital 5V atawa 3.3V has, sedengkeun bagian kakuatan ngagunakeun tegangan 12V atawa malah leuwih luhur. Dua tegangan disambungkeun ka taneuh umum.

Ieu raises sarat pikeun ngagunakeun sirkuit supados sisi-tegangan low éféktif bisa ngadalikeun MOSFET dina sisi-tegangan tinggi. Dina waktos anu sami, MOSFET di sisi tegangan tinggi ogé bakal nyanghareupan masalah anu disebatkeun dina 1 sareng 2.

Dina tilu kasus ieu, struktur kutub totem teu bisa minuhan sarat kaluaran, sarta loba off-nu-rak MOSFET supir ICs sigana teu kaasup tegangan Gerbang ngawatesan struktur.

 

Janten kuring ngarancang sirkuit anu kawilang umum pikeun nyumponan tilu kabutuhan ieu.

.

Sirkuit supir pikeun NMOS

Di dieu kuring ngan ukur ngalakukeun analisa saderhana tina sirkuit supir NMOS:

Vl sareng Vh masing-masing mangrupikeun catu daya low-end sareng high-end. Dua tegangan bisa sarua, tapi Vl teu kudu ngaleuwihan Vh.

Q1 sareng Q2 ngabentuk kutub totem anu terbalik pikeun ngahontal isolasi bari mastikeun yén dua tabung supir Q3 sareng Q4 henteu hurung dina waktos anu sami.

R2 jeung R3 nyadiakeun rujukan tegangan PWM. Ku ngarobah rujukan ieu, sirkuit bisa dioperasikeun dina posisi dimana gelombang sinyal PWM relatif lungkawing.

Q3 jeung Q4 dipaké pikeun nyadiakeun drive ayeuna. Nalika dihurungkeun, Q3 sareng Q4 ngan ukur gaduh serelek tegangan minimum Vce relatif ka Vh sareng GND. Turunna tegangan ieu biasana ngan ukur 0.3V, anu langkung handap tibatan Vce 0.7V.

R5 na R6 mangrupakeun résistor eupan balik, dipaké pikeun sampel tegangan Gerbang. Tegangan sampel ngahasilkeun eupan balik négatip kuat ka dasar Q1 na Q2 ngaliwatan Q5, sahingga ngawatesan tegangan Gerbang ka nilai kawates. nilai ieu bisa disaluyukeun ngaliwatan R5 na R6.

Tungtungna, R1 nyadiakeun wates ayeuna basa keur Q3 na Q4, sarta R4 nyadiakeun wates ayeuna Gerbang pikeun MOSFET, nu wates tina És of Q3 na Q4. Upami diperlukeun, hiji kapasitor akselerasi bisa disambungkeun sajajar jeung R4.

sirkuit ieu nyadiakeun fitur di handap:

1. Paké tegangan low-sisi na PWM ngajalankeun MOSFET tinggi-sisi.

2. Paké sinyal PWM amplitudo leutik pikeun drive MOSFET kalawan syarat tegangan Gerbang tinggi.

3. wates Puncak tegangan Gerbang

4. Input jeung kaluaran wates ayeuna

5. Ku ngagunakeun resistors luyu, konsumsi kakuatan pisan low bisa dihontal.

6. Sinyal PWM dibalikkeun. NMOS henteu peryogi fitur ieu sareng tiasa direngsekeun ku nempatkeun inverter di payun.

Nalika ngarancang alat portabel sareng produk nirkabel, ningkatkeun kinerja produk sareng manjangkeun umur batre mangrupikeun dua masalah anu kedah disanghareupan ku desainer. Konverter DC-DC gaduh kaunggulan efisiensi anu luhur, arus kaluaran ageung, sareng arus quiescent anu rendah, ngajantenkeun aranjeunna cocog pisan pikeun ngawasa alat portabel. Ayeuna, tren utama dina pamekaran téknologi desain konverter DC-DC nyaéta: (1) Téknologi frekuensi tinggi: Nalika frekuensi switching ningkat, ukuran konverter switching ogé ngirangan, dénsitas kakuatan ogé ningkat pisan, jeung respon dinamis ningkat. . Frékuénsi ngalihkeun konvérsi DC-DC kakuatan rendah bakal naék kana tingkat megahertz. (2) Téknologi tegangan kaluaran rendah: Kalayan pamekaran téknologi manufaktur semikonduktor anu terus-terusan, tegangan operasi mikroprosesor sareng alat éléktronik portabel beuki handap, anu meryogikeun konverter DC-DC anu bakal datang pikeun nyayogikeun tegangan kaluaran rendah pikeun adaptasi sareng mikroprosesor. syarat pikeun prosesor sareng alat éléktronik portabel.

Ngembangkeun téknologi ieu parantos nyayogikeun syarat anu langkung luhur pikeun desain sirkuit chip listrik. Anu mimiti, sakumaha frékuénsi switching terus ningkat, syarat tinggi disimpen dina kinerja elemen switching. Dina waktu nu sarua, sirkuit drive elemen switching pakait kudu disadiakeun pikeun mastikeun yén elemen switching jalan normal dina frékuénsi switching nepi ka MHz. Bréh, pikeun alat éléktronik portabel anu nganggo batré, tegangan kerja sirkuit rendah (nyandak batré litium sabagé conto, tegangan kerja 2.5 ~ 3.6V), ku kituna, tegangan kerja tina chip kakuatan rendah.

 

MOSFET ngagaduhan résistansi anu rendah pisan sareng nganggo énergi anu rendah. MOSFET sering dianggo salaku switch kakuatan dina chip DC-DC efisiensi tinggi ayeuna populér. Sanajan kitu, alatan kapasitansi parasit badag tina MOSFET, kapasitansi Gerbang tabung switching NMOS umumna saluhur puluhan picofarads. Ieu nempatkeun maju syarat luhur pikeun desain frékuénsi operasi tinggi DC-DC converter switching tube drive circuit.

Dina desain ULSI tegangan-rendah, aya rupa-rupa sirkuit logika CMOS sareng BiCMOS nganggo struktur dorongan bootstrap sareng sirkuit drive salaku beban kapasitif anu ageung. Sirkuit ieu tiasa beroperasi sacara normal kalayan tegangan catu daya langkung handap tina 1V, sareng tiasa beroperasi dina frékuénsi puluhan megahertz atanapi bahkan ratusan megahertz kalayan kapasitansi beban 1 dugi ka 2pF. Artikel ieu ngagunakeun sirkuit dorongan bootstrap pikeun ngarancang hiji sirkuit drive kalawan kamampuhan drive capacitance beban badag anu cocog pikeun tegangan low, frékuénsi switching tinggi dorongan DC-DC converters. Sirkuit ieu dirarancang dumasar kana prosés Samsung AHP615 BiCMOS sareng diverifikasi ku simulasi Hspice. Nalika tegangan suplai nyaéta 1.5V sareng kapasitansi beban nyaéta 60pF, frékuénsi operasi tiasa ngahontal langkung ti 5MHz.

.

MOSFET ciri switching

.

1. ciri statik

Salaku unsur switching, MOSFET ogé jalan dina dua kaayaan: pareum atawa on. Kusabab MOSFET mangrupakeun komponén tegangan-dikawasa, kaayaan gawé na utamana ditangtukeun ku uGS tegangan sumber gerbang.

 

Karakteristik gawé nyaéta kieu:

※ uGS＜tegangan hurungkeun UT: MOSFET jalanna di daérah anu dipotong, iDS ayeuna sumber solokan dasarna 0, tegangan kaluaran uDS≈UDD, sareng MOSFET dina kaayaan "pareum".

※ uGS> Hurungkeun tegangan UT: MOSFET jalan di wewengkon konduksi, solokan-sumber ayeuna iDS = UDD / (RD + rDS). Di antarana, rDS nyaéta résistansi solokan-sumber nalika MOSFET dihurungkeun. Tegangan kaluaran UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), lamun rDS＜＜RD, uDS≈0V, MOSFET aya dina kaayaan "on".

2. Ciri dinamis

MOSFET ogé ngagaduhan prosés transisi nalika ngalih antara sareng mareuman kaayaan, tapi ciri dinamisna gumantung kana waktos anu diperyogikeun pikeun ngecas sareng ngaleupaskeun kapasitansi sesat anu aya hubunganana sareng sirkuit, sareng akumulasi muatan sareng ngaleupaskeun nalika tabung sorangan hurung sareng mareuman. Waktu dissipation leutik pisan.

Lamun tegangan input ui robah ti luhur ka handap sarta MOSFET robah tina kaayaan on ka kaayaan pareum, catu daya UDD ngecas stray capacitance CL ngaliwatan RD, sarta waktu ngecas konstanta τ1 = RDCL. Ku alatan éta, tegangan kaluaran uo perlu ngaliwatan reureuh tangtu saméméh ngarobah ti tingkat low ka tingkat luhur; lamun tegangan input ui robah ti low ka luhur jeung MOSFET robah tina kaayaan pareum ka on kaayaan, muatan dina stray capacitance CL ngaliwatan rDS Discharge lumangsung kalawan waktu ngurangan konstanta τ2≈rDSCL. Ieu bisa ditempo yén tegangan kaluaran Uo ogé perlu reureuh tangtu saméméh éta bisa transisi ka tingkat low. Tapi kusabab rDS jauh leuwih leutik batan RD, waktu konversi ti cut-off ka konduksi leuwih pondok batan waktu konversi ti konduksi ka cut-off.

Kusabab résistansi sumber solokan tina MOSFET nalika dihurungkeun langkung ageung tibatan résistansi jenuh transistor, sareng résistansi solokan éksternal RD ogé langkung ageung tibatan résistansi kolektor RC transistor, waktos ngecas sareng ngecas. tina MOSFET leuwih panjang, sahingga MOSFET Laju switching leuwih handap tina transistor a. Sanajan kitu, dina sirkuit CMOS, saprak sirkuit ngecas jeung sirkuit discharging duanana sirkuit résistansi low, prosés ngecas jeung discharging relatif gancang, hasilna speed switching tinggi pikeun sirkuit CMOS.