Didelio paketo MOSFET tvarkyklės grandinė

Visų pirma, MOSFET tipas ir struktūra,MOSFETyra FET (kitas yra JFET), gali būti gaminamas į patobulintą arba išeikvotą tipą, P kanalą arba N kanalą, iš viso keturių tipų, tačiau realiai naudojami tik patobulinti N kanalo MOSFET ir patobulinti P kanalo MOSFET, todėl paprastai vadinamas NMOS arba PMOS reiškia šias dvi rūšis. Šių dviejų patobulintų MOSFET tipų atveju dažniausiai naudojamas NMOS, todėl įjungimo varža yra maža ir lengvai pagaminama. Todėl NMOS paprastai naudojamas perjungiant maitinimo šaltinį ir variklio pavarą.

Tolesnėje įžangoje daugumoje atvejų dominuoja NMOS. parazitinė talpa egzistuoja tarp trijų MOSFET kontaktų – ši savybė nereikalinga, tačiau atsiranda dėl gamybos proceso apribojimų. Dėl parazitinės talpos šiek tiek sudėtinga projektuoti arba pasirinkti tvarkyklės grandinę. Tarp kanalizacijos ir šaltinio yra parazitinis diodas. Tai vadinamas korpuso diodu ir yra svarbus valdant indukcines apkrovas, tokias kaip varikliai. Beje, korpuso diodas yra tik atskiruose MOSFET ir paprastai nėra IC lusto viduje.

MOSFETperjungimo vamzdžio nuostoliai, nesvarbu, ar tai NMOS, ar PMOS, po to, kai yra įjungimo varža, todėl srovė sunaudos energiją šioje varžoje, ši sunaudotos energijos dalis vadinama laidumo nuostoliais. Pasirinkus MOSFET, kurių varža įjungta, sumažės įjungimo varžos praradimas. Šiais laikais mažos galios MOSFET varža įjungimui paprastai yra apie dešimtis miliohmų, taip pat yra keletas milijonų omų. MOSFET neturi būti baigtas akimirksniu, kai jie įjungiami ir išjungiami. Įtampa mažėja du MOSFET galai, ir vyksta per jį tekančios srovės didėjimo procesas. Per šį laikotarpį MOSFET praradimas yra įtampos sandauga ir srovė, kuri vadinama perjungimo nuostoliais. Paprastai perjungimo nuostoliai yra daug didesni nei laidumo nuostoliai, o kuo greitesnis perjungimo dažnis, tuo didesni nuostoliai. Įtampos ir srovės sandauga laidumo momentu yra labai didelė, todėl patiriami dideli nuostoliai. Sutrumpėjus perjungimo laikui, sumažėja nuostoliai kiekvieno laidumo metu; sumažinus perjungimo dažnį, sumažėja perjungimų per laiko vienetą skaičius. Abu šie metodai sumažina perjungimo nuostolius.

Palyginti su dvipoliais tranzistoriais, paprastai manoma, kad norint pagaminti aMOSFETtol, kol GS įtampa viršija tam tikrą vertę. Tai lengva padaryti, tačiau mums reikia ir greičio. Kaip matote MOSFET struktūroje, tarp GS, GD yra parazitinė talpa, o MOSFET valdymas iš tikrųjų yra talpos įkrovimas ir iškrovimas. Kondensatoriaus įkrovimui reikalinga srovė, nes momentinis kondensatoriaus įkrovimas gali būti vertinamas kaip trumpasis jungimas, todėl momentinė srovė bus didesnė. Pirmas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį renkantis / projektuojant MOSFET tvarkyklę, yra momentinės trumpojo jungimo srovės dydis, kurį galima pateikti.

Antras dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, yra tai, kad, paprastai naudojant aukščiausios klasės NMOS diską, veikimo laiko vartų įtampa turi būti didesnė už šaltinio įtampą. High-end vairuoti MOSFET šaltinio įtampa ir nutekėjimo įtampa (VCC) ta pati, todėl vartų įtampa nei VCC 4V arba 10V. jei toje pačioje sistemoje, norėdami gauti didesnę įtampą nei VCC, turime specializuotis stiprinimo grandinėje. Daugelis variklių tvarkyklių turi integruotus įkrovimo siurblius, todėl svarbu pažymėti, kad turėtumėte pasirinkti tinkamą išorinę talpą, kad gautumėte pakankamai trumpojo jungimo srovės MOSFET valdyti. 4V arba 10V yra dažniausiai naudojamas MOSFET įtampai, žinoma, dizainas, jums reikia turėti tam tikrą maržą. Kuo didesnė įtampa, tuo greitesnis įjungimo būsenos greitis ir mažesnė įjungimo būsenos varža. Dabar yra ir mažesnių įjungtos įtampos MOSFET, naudojamų įvairiose srityse, tačiau 12 V automobilių elektronikos sistemoje paprastai pakanka 4 V įjungtos būsenos. Svarbiausia MOSFET savybė yra prekės perjungimo charakteristikos, todėl jis plačiai naudojamas elektroninių perjungimo grandinių, tokių kaip perjungimo maitinimo ir variklio pavaros, poreikis, taip pat apšvietimo pritemdymas. Laidžios priemonės, veikiančios kaip jungiklis, kuris prilygsta jungiklio uždarymui. NMOS charakteristikos, Vgs didesnis už tam tikrą vertę, tinkamas naudoti tuo atveju, kai šaltinis yra įžemintas (žemos klasės pavara), tol, kol vartai 4V arba 10V įtampa. PMOS charakteristikos, Vgs, mažesnis nei tam tikra vertė, bus laidūs, tinka naudoti tuo atveju, kai šaltinis yra prijungtas prie VCC (aukštos klasės pavaros). Tačiau, nors PMOS galima lengvai naudoti kaip aukščiausios klasės tvarkykles, NMOS paprastai naudojamas aukščiausios klasės tvarkyklėse dėl didelio atsparumo įjungimui, didelės kainos ir kelių pakeitimo tipų.

Dabar MOSFET vairuoti žemos įtampos programas, kai naudojamas 5 V maitinimo šaltinis, šį kartą, jei naudojate tradicinę totemo stulpo struktūrą, dėl tranzistoriaus įtampos kritimas yra apie 0,7 V, todėl faktinis galutinis pridedamas prie vartų įtampa yra tik 4,3 V. Šiuo metu MOSFET vardinę vardinę įtampą pasirenkame 4,5 V, atsižvelgdami į tam tikrų pavojų egzistavimą. Ta pati problema iškyla naudojant 3V ar kitus žemos įtampos maitinimo šaltinius. Dviguba įtampa naudojama kai kuriose valdymo grandinėse, kur loginė sekcija naudoja tipinę 5 V arba 3,3 V skaitmeninę įtampą, o maitinimo sekcija – 12 V ar net didesnę. Abi įtampos yra sujungtos naudojant bendrą įžeminimą. Tai kelia reikalavimą naudoti grandinę, kuri leistų žemos įtampos pusei efektyviai valdyti aukštos įtampos pusės MOSFET, o aukštos įtampos pusės MOSFET susidurs su tomis pačiomis problemomis, nurodytomis 1 ir 2 punktuose. Visais trimis atvejais totemo stulpo struktūra negali atitikti išvesties reikalavimų, o daugelis jau paruoštų MOSFET tvarkyklės IC neturi vartų įtampą ribojančios struktūros. Įėjimo įtampa nėra fiksuota vertė, ji kinta priklausomai nuo laiko ar kitų veiksnių. Dėl šio pokyčio PWM grandinės MOSFET tiekiama pavaros įtampa yra nestabili. Siekiant apsaugoti MOSFET nuo aukštos vartų įtampos, daugelis MOSFET turi įmontuotus įtampos reguliatorius, kurie stipriai apriboja vartų įtampos amplitudę.

Tokiu atveju, kai pavaros įtampa viršija reguliatoriaus įtampą, tai sukels didelį statinės energijos suvartojimą. Tuo pačiu metu, jei tiesiog naudosite rezistoriaus įtampos daliklio principą, kad sumažintumėte vartų įtampą, bus santykinai Aukšta įėjimo įtampa, MOSFET veikia gerai, o įvesties įtampa sumažinama, kai vartų įtampa yra nepakankama, kad būtų užtikrintas nepakankamas laidumas, todėl padidėja energijos sąnaudos.

Santykinai įprasta grandinė čia tik NMOS tvarkyklės grandinėje atlikti paprastą analizę: Vl ir Vh yra atitinkamai žemos ir aukščiausios klasės maitinimo šaltiniai, dvi įtampos gali būti vienodos, tačiau Vl neturėtų viršyti Vh. Q1 ir Q2 sudaro apverstą totemo stulpą, naudojamą izoliacijai pasiekti ir tuo pačiu užtikrinti, kad du vairuotojo vamzdeliai Q3 ir Q4 nebūtų įjungti tuo pačiu metu. R2 ir R3 pateikia PWM įtampos atskaitos tašką, o pakeitę šią atskaitą, galite užtikrinti, kad grandinė veiktų gerai, o vartų įtampos nepakanka kruopščiam laidumui sukelti, taip padidinant energijos suvartojimą. R2 ir R3 pateikia PWM įtampos atskaitą, pakeitę šią nuorodą, galite leisti grandinei dirbti PWM signalo bangos forma yra gana stačios ir tiesios. Q3 ir Q4 naudojami pavaros srovei užtikrinti, nes Q3 ir Q4, palyginti su Vh ir GND, yra tik minimalus Vce įtampos kritimas, šis įtampos kritimas paprastai yra tik 0,3 V, daug mažesnis. nei 0,7 V Vce R5 ir R6 yra grįžtamojo ryšio rezistoriai vartų įtampos atrankai, atrinkus įtampą, vartų įtampa naudojama kaip grįžtamasis rezistorius vartų įtampa, o mėginio įtampa naudojama vartų įtampai. R5 ir R6 yra grįžtamojo ryšio rezistoriai, naudojami vartų įtampai paimti, kuri vėliau perduodama per Q5, kad būtų sukurtas stiprus neigiamas grįžtamasis ryšys Q1 ir Q2 pagrindu, taip apribojant vartų įtampą iki baigtinės vertės. Šią reikšmę galima reguliuoti R5 ir R6. Galiausiai, R1 apriboja bazinę srovę iki Q3 ir Q4, o R4 suteikia MOSFET vartų srovės apribojimą, o tai yra Q3Q4 ledo apribojimas. Jei reikia, lygiagrečiai virš R4 galima prijungti pagreičio kondensatorių.                                         

Kurdami nešiojamuosius įrenginius ir belaidžius gaminius, gaminio našumo gerinimas ir baterijos veikimo trukmės pailginimas yra dvi problemos, su kuriomis dizaineriai turi susidurti. DC-DC keitikliai turi didelį efektyvumą, didelę išėjimo srovę ir mažą ramybės srovę, kurie labai tinka nešiojamiesiems kompiuteriams maitinti. prietaisai.

DC-DC keitikliai turi didelio efektyvumo, didelės išėjimo srovės ir mažos ramybės srovės privalumus, kurie labai tinka nešiojamiesiems įrenginiams maitinti. Šiuo metu pagrindinės DC-DC keitiklių projektavimo technologijos plėtros tendencijos yra šios: aukšto dažnio technologija: didėjant perjungimo dažniui, taip pat sumažėja perjungimo keitiklio dydis, žymiai padidėjo galios tankis, atsakas pagerėjo. Mažas

Maitinimo DC-DC keitiklio perjungimo dažnis pakils iki megahercų lygio. Žemos išėjimo įtampos technologija: Nuolat tobulėjant puslaidininkių gamybos technologijoms, mikroprocesorių ir nešiojamos elektroninės įrangos darbinė įtampa vis mažėja, todėl ateityje DC-DC keitiklis gali užtikrinti žemą išėjimo įtampą, kad galėtų prisitaikyti prie mikroprocesoriaus ir nešiojamos elektroninės įrangos, kuri Reikalingas būsimas DC-DC keitiklis gali užtikrinti žemą išėjimo įtampą, kad prisitaikytų prie mikroprocesoriaus.

Pakanka užtikrinti žemą išėjimo įtampą, kad būtų galima prisitaikyti prie mikroprocesorių ir nešiojamos elektroninės įrangos. Šios technologinės raidos kelia aukštesnius reikalavimus elektros energijos tiekimo lustų grandinių projektavimui. Visų pirma, didėjant perjungimo dažniui, iškeliamas perjungimo komponentų našumas

Aukšti reikalavimai perjungimo elemento veikimui ir turi turėti atitinkamą perjungimo elemento pavaros grandinę, kad būtų užtikrinta, jog perjungimo elemento perjungimo dažnis iki normalaus veikimo megahercų lygio. Antra, baterijomis maitinamų nešiojamų elektroninių prietaisų grandinės darbinė įtampa yra žema (pavyzdžiui, ličio baterijų atveju).

Ličio baterijos, pavyzdžiui, darbinė įtampa 2,5 ~ 3,6 V), todėl maitinimo lustas yra žemesnės įtampos.

MOSFET turi labai mažą atsparumą įjungimui, mažą energijos suvartojimą, dabartiniame populiariame didelio efektyvumo DC-DC luste daugiau MOSFET kaip maitinimo jungiklį. Tačiau dėl didelės MOSFET parazitinės talpos. Tai kelia aukštesnius reikalavimus perjungimo vamzdžių tvarkyklių grandinių projektavimui, projektuojant aukšto dažnio nuolatinės srovės-DC keitiklius. Yra įvairių CMOS, BiCMOS loginių grandinių, naudojančių įkrovos stiprinimo struktūrą ir tvarkyklės grandines kaip dideles talpines apkrovas žemos įtampos ULSI projekte. Šios grandinės gali tinkamai veikti esant mažesnės nei 1 V įtampos tiekimo sąlygoms, ir gali veikti esant apkrovos talpai, 1 ~ 2pF dažnis gali siekti dešimtis megabitų ar net šimtus megahercų. Šiame darbe įkrovos padidinimo grandinė naudojama didelės apkrovos talpos pavaros galiai suprojektuoti, tinkama žemos įtampos, didelio perjungimo dažnio padidinimo nuolatinės srovės-DC keitiklio pavaros grandinei. Žemos klasės įtampa ir PWM aukščiausios klasės MOSFET valdymui. mažos amplitudės PWM signalas, skirtas užtikrinti aukštus MOSFET vartų įtampos reikalavimus.