Схема драйвера MOSFET вялікага корпуса

Перш за ўсё, тып і структура MOSFET,MOSFETз'яўляецца FET (іншым з'яўляецца JFET), можа быць выраблены ў палепшаны або знясілены тып, P-канальны або N-канальны ў агульнай складанасці чатырох тыпаў, але фактычнае прымяненне толькі палепшаных N-канальных MOSFET і пашыраных P-канальных MOSFET, так што звычайна называюць NMOS або PMOS, адносіцца да гэтых двух відаў. Для гэтых двух тыпаў палепшаных МОП-транзістораў часцей за ўсё выкарыстоўваецца NMOS. Прычына ў тым, што супраціўленне ўключэння невялікае і лёгкае ў вырабе. Такім чынам, NMOS звычайна выкарыстоўваецца ў імпульсных крыніцах сілкавання і рухавіках.

У наступным увядзенні ў большасці выпадкаў дамінуе NMOS. паразітная ёмістасць існуе паміж трыма кантактамі MOSFET, асаблівасць, якая не патрэбна, але ўзнікае з-за абмежаванняў вытворчага працэсу. Наяўнасць паразітнай ёмістасці робіць распрацоўку або выбар схемы драйвера крыху складаней. Паміж сцёкам і вытокам знаходзіцца паразітны дыёд. Гэта называецца корпусным дыёдам і важны для кіравання індуктыўнымі нагрузкамі, такімі як рухавікі. Дарэчы, корпусны дыёд прысутнічае толькі ў асобных MOSFET і звычайна адсутнічае ўнутры мікрасхемы.

MOSFETстраты пераключальнай трубкі, няхай гэта будзе NMOS або PMOS, пасля таго, як існуе супраціў уключэння, так што ток будзе спажываць энергію ў гэтым супраціўленні, гэтая частка спажыванай энергіі называецца стратай праводнасці. Выбар MOSFET з нізкім супрацівам уключэння паменшыць страты на супраціўленні ўключэння. У цяперашні час супраціўленне ўключэння маламагутных МОП-транзістораў звычайна складае каля дзясяткаў міліом, а таксама даступна некалькі міліом. МАП-транзістары не павінны быць завершаны ў адно імгненне, калі яны ўключаюцца і выключаюцца. Існуе працэс зніжэння напружання на абодва канца MOSFET, і адбываецца працэс павелічэння току, які праходзіць праз яго. У гэты перыяд часу страта MOSFET складае твор напружання і току, які называецца стратамі пры пераключэнні. Звычайна страты пры пераключэнні значна большыя, чым страты пры праводнасці, і чым вышэй частата пераключэння, тым большыя страты. Прадукт напружання і току ў момант правядзення вельмі вялікі, што прыводзіць да вялікіх страт. Скарачэнне часу пераключэння памяншае страты пры кожным правядзенні; зніжэнне частаты пераключэнняў памяншае колькасць пераключэнняў у адзінку часу. Абодва гэтыя падыходы памяншаюць страты пры пераключэнні.

У параўнанні з біпалярнымі транзістарамі, звычайна лічыцца, што для стварэння aMOSFETпаводзіны, пакуль напружанне GS вышэй пэўнага значэння. Зрабіць гэта нескладана, аднак нам таксама патрэбна хуткасць. Як вы бачыце ў структуры MOSFET, існуе паразітная ёмістасць паміж GS, GD, і кіраванне MOSFET, па сутнасці, з'яўляецца зарадкай і разрадкай ёмістасці. Для зарадкі кандэнсатара патрабуецца ток, таму што імгненная зарадка кандэнсатара можа разглядацца як кароткае замыканне, таму імгненны ток будзе вышэй. Першае, на што трэба звярнуць увагу пры выбары/праектаванні драйвера MOSFET, - гэта памер імгненнага току кароткага замыкання, які можна забяспечыць.

Другое, на што варта звярнуць увагу, гэта тое, што, як правіла, у высокакласных дысках NMOS напружанне на засаўцы павінна быць большым, чым напружанне крыніцы. Высокі клас прывада MOSFET на напружанне крыніцы і напружанне сцёку (VCC) тое ж самае, так што напружанне засаўкі, чым VCC 4V або 10V. калі ў той жа сістэме, каб атрымаць большае напружанне, чым VCC, нам трэба спецыялізавацца на схеме павышэння. Многія драйверы рухавікоў маюць інтэграваныя зарадныя помпы, важна адзначыць, што вы павінны выбраць адпаведную знешнюю ёмістасць, каб атрымаць дастатковы ток кароткага замыкання для кіравання MOSFET. 4В або 10В - гэта звычайна выкарыстоўваны МОП-транзістар па напрузе, канструкцыя, вядома, павінна мець пэўны запас. Чым вышэй напружанне, тым вышэй хуткасць уключанага стану і меншае супраціўленне ўключанага стану. У цяперашні час ёсць таксама меншыя МАП-транзістары з напругай уключанага стану, якія выкарыстоўваюцца ў розных галінах, але ў сістэме аўтамабільнай электронікі 12 В звычайна дастаткова 4 В уключанага стану. Самай прыкметнай асаблівасцю МАП-транзістораў з'яўляюцца характарыстыкі пераключэння, таму яны шырока выкарыстоўваюцца ў патрэба ў электронных схемах пераключэння, такіх як імпульсны крыніца харчавання і прывад рухавіка, але і зацямненне асвятлення. Правядзенне азначае, што дзейнічае як перамыкач, што эквівалентна замыканню перамыкача. Характарыстыкі NMOS, Vgs, большыя за пэўнае значэнне, будуць праводзіць, прыдатныя для выкарыстання ў выпадку, калі крыніца заземлена (прывад нізкага ўзроўню), пакуль засаўка напружанне 4 В або 10 В. Характарыстыкі PMOS, Vgs менш за пэўнае значэнне, будуць праводзіць, прыдатныя для выкарыстання ў выпадку, калі крыніца падключана да VCC (прывад высокага класа). Тым не менш, хоць PMOS можна лёгка выкарыстоўваць у якасці драйвера высокага класа, NMOS звычайна выкарыстоўваецца ў драйверах высокага класа з-за вялікага супраціву ўключэння, высокай цаны і некалькіх тыпаў замены.

Цяпер MOSFET кіруюць нізкавольтнымі прылажэннямі, пры выкарыстанні крыніцы харчавання 5 В, на гэты раз, калі вы выкарыстоўваеце традыцыйную структуру татэма, з-за транзістара будзе падзенне напружання каля 0,7 В, што прывядзе да фактычнага канчатковага дадання да засаўкі на напружанне складае ўсяго 4,3 В. У гэты час мы выбіраем намінальнае напружанне на засаўцы MOSFET 4,5 В на падставе існавання пэўных рызык. Тая ж праблема ўзнікае пры выкарыстанні 3V або іншых нізкавольтных крыніц харчавання. Двайное напружанне выкарыстоўваецца ў некаторых схемах кіравання, дзе лагічная секцыя выкарыстоўвае звычайнае лічбавае напружанне 5 В або 3,3 В, а секцыя харчавання - 12 В або нават вышэй. Два напружання злучаны з дапамогай агульнай зямлі. Гэта ставіць патрабаванне выкарыстоўваць схему, якая дазваляе баку нізкага напружання эфектыўна кіраваць MOSFET на баку высокага напружання, у той час як MOSFET на баку высокага напружання будзе сутыкацца з тымі ж праблемамі, згаданымі ў 1 і 2. Ва ўсіх трох выпадках, структура татэмнага слупа не можа задаволіць патрабаванні да вываду, і многія стандартныя мікрасхемы драйвераў MOSFET, падобна, не ўключаюць структуру абмежавання напружання на засаўцы. Уваходнае напружанне не з'яўляецца фіксаваным значэннем, яно змяняецца з часам або іншымі фактарамі. Гэта змяненне прыводзіць да таго, што напружанне прывада, якое падаецца на MOSFET ланцугом ШІМ, нестабільна. Каб зрабіць MOSFET абароненым ад высокіх напружанняў на засаўцы, многія MOSFET маюць убудаваныя рэгулятары напружання для прымусовага абмежавання амплітуды напружання на засаўцы.

У гэтым выпадку, калі напружанне прывада перавышае напружанне рэгулятара, гэта прывядзе да вялікага статычнага спажывання энергіі. У той жа час, калі вы проста выкарыстоўваеце прынцып дзельніка напружання на рэзістары, каб паменшыць напружанне на засаўцы, будзе адносна высокае ўваходнае напружанне, MOSFET працуе добра, у той час як уваходнае напружанне зніжаецца, калі напружанне засаўкі недастатковае, каб выклікаць недастаткова поўную праводнасць, што павялічвае спажыванне энергіі.

Адносна распаўсюджаная схема тут толькі для схемы драйвера NMOS для простага аналізу: Vl і Vh з'яўляюцца адпаведна нізкім і высокім узроўнямі харчавання, абодва напружання могуць быць аднолькавымі, але Vl не павінна перавышаць Vh. Q1 і Q2 утвараюць перавернуты татэмны слуп, які выкарыстоўваецца для дасягнення ізаляцыі і ў той жа час для забеспячэння таго, каб дзве драйверныя трубкі Q3 і Q4 не былі ўключаны адначасова. R2 і R3 забяспечваюць апорнае напружанне ШІМ, і, змяніўшы гэты апорны сігнал, вы можаце зрабіць так, каб схема працавала добра, а напружання на засаўцы недастаткова, каб выклікаць поўную праводнасць, што павялічвае спажыванне энергіі. R2 і R3 забяспечваюць апорнае напружанне ШІМ. Змяніўшы гэты апорны сігнал, вы можаце дазволіць схеме працаваць у ШІМ-сігнале адносна крутога і прамога становішча. Q3 і Q4 выкарыстоўваюцца для забеспячэння току прывада, з-за часу ўключэння, Q3 і Q4 адносна Vh і GND з'яўляюцца толькі мінімальным падзеннем напружання Vce, гэта падзенне напружання звычайна складае толькі 0,3 В або каля таго, значна ніжэй чым 0,7 В Vce R5 і R6 з'яўляюцца рэзістарамі зваротнай сувязі для выбаркі напружання засаўкі, пасля выбаркі напружання напружанне засаўкі выкарыстоўваецца ў якасці рэзістара зваротнай сувязі з напругай засаўкі, і напружанне ўзору выкарыстоўваецца для напружання засаўкі. R5 і R6 - гэта рэзістары зваротнай сувязі, якія выкарыстоўваюцца для выбаркі напружання засаўкі, якое затым праходзіць праз Q5 для стварэння моцнай адмоўнай зваротнай сувязі на базах Q1 і Q2, такім чынам абмяжоўваючы напружанне засаўкі да канчатковага значэння. Гэта значэнне можна рэгуляваць з дапамогай R5 і R6. Нарэшце, R1 забяспечвае абмежаванне току базы для Q3 і Q4, а R4 забяспечвае абмежаванне току засаўкі для MOSFET, што з'яўляецца абмежаваннем Ice Q3Q4. Пры неабходнасці можна паралельна падключыць паскаральны кандэнсатар вышэй R4.                                         

Пры распрацоўцы партатыўных прылад і бесправадных прадуктаў, павышэнне прадукцыйнасці прадукту і падаўжэнне часу працы акумулятара - дзве праблемы, з якімі дызайнеры павінны сутыкнуцца. Пераўтваральнікі пастаяннага току ў пастаянны ток маюць такія перавагі, як высокая эфектыўнасць, высокі выхадны ток і нізкі ток спакою, якія вельмі падыходзяць для харчавання партатыўных прылад прылады.

Пераўтваральнікі DC-DC маюць такія перавагі, як высокая эфектыўнасць, высокі выхадны ток і нізкі ток спакою, якія вельмі падыходзяць для харчавання партатыўных прылад. У цяперашні час асноўныя тэндэнцыі ў развіцці тэхналогіі праектавання пераўтваральнікаў пастаяннага току ўключаюць: высокачашчынная тэхналогія: з павелічэннем частаты пераключэння памер пераўтваральніка таксама памяншаецца, шчыльнасць магутнасці была значна павялічана, і дынамічны адказ быў палепшаны. Маленькі

Частата пераключэння магутнага DC-DC пераўтваральніка вырасце да ўзроўню мегагерц. Тэхналогія нізкага выхаднога напружання: з бесперапынным развіццём тэхналогіі вытворчасці паўправаднікоў, працоўнае напружанне мікрапрацэсараў і партатыўнага электроннага абсталявання становіцца ўсё ніжэй і ніжэй, што патрабуе, каб будучы пераўтваральнік пастаяннага току мог забяспечыць нізкае выхадное напружанне для адаптацыі да мікрапрацэсара і партатыўнага электроннага абсталявання, якое патрабуе будучыні DC-DC пераўтваральнік можа забяспечыць нізкае выхадное напружанне для адаптацыі да мікрапрацэсара.

Дастаткова забяспечыць нізкае выхадное напружанне для адаптацыі да мікрапрацэсараў і партатыўнага электроннага абсталявання. Гэтыя тэхналагічныя распрацоўкі вылучаюць больш высокія патрабаванні да распрацоўкі мікрасхем крыніц харчавання. Перш за ўсё, з павелічэннем частаты пераключэнняў павышаецца прадукцыйнасць кампанентаў пераключэння

Высокія патрабаванні да прадукцыйнасці камутацыйнага элемента і павінны мець адпаведную схему прывада камутацыйнага элемента, каб пераканацца, што частата камутацыйнага элемента пераключаецца да ўзроўню мегагерц пры нармальнай працы. Па-другое, для партатыўных электронных прылад з батарэйным харчаваннем працоўнае напружанне схемы нізкае (напрыклад, у выпадку літыевых батарэй).

Літыевыя батарэі, напрыклад, працоўнае напружанне 2,5 ~ 3,6 У), таму чып харчавання для больш нізкага напружання.

MOSFET мае вельмі нізкае супраціўленне ўключэння, нізкае энергаспажыванне, у сучасным папулярным высокаэфектыўным чыпе DC-DC больш MOSFET у якасці выключальніка харчавання. Аднак з-за вялікай паразітнай ёмістасці MOSFET. Гэта ставіць больш высокія патрабаванні да распрацоўкі схем драйвера камутацыйнай трубкі для распрацоўкі пераўтваральнікаў пастаяннага току з высокай працоўнай частатой. Існуюць розныя лагічныя схемы CMOS, BiCMOS, якія выкарыстоўваюць структуру ўзмацнення загрузкі і схемы драйвераў у якасці вялікіх ёмістных нагрузак у канструкцыі ULSI нізкага напружання. Гэтыя схемы здольныя нармальна працаваць ва ўмовах напружання менш за 1 В і могуць працаваць ва ўмовах нагрузачнай ёмістасці 1 ~ 2 пФ, частата можа дасягаць дзясяткаў мегабіт і нават сотняў мегагерц. У гэтым артыкуле пачатковая схема павышэння выкарыстоўваецца для распрацоўкі магутнасці прывада з вялікай ёмістасцю нагрузкі, прыдатнай для схемы прывада пераўтваральніка пастаяннага току ў пастаяннае напружанне з высокай частатой пераключэння нізкага напружання. Нізкае напружанне і ШІМ для кіравання высакакласнымі MOSFET. малая амплітуда ШІМ-сігналу для кіравання патрабаваннямі высокага напружання засаўкі MOSFET.