MOSFET kawruh dhasar asli lan aplikasi

Dene kok mode deplesiMOSFETora digunakake, iku ora dianjurake kanggo njaluk menyang ngisor.

Kanggo loro MOSFET mode paningkatan iki, NMOS luwih umum digunakake. Alesane yaiku resistensi cilik lan gampang digawe. Mulane, NMOS umume digunakake kanggo ngalih sumber daya lan aplikasi drive motor. Ing introduksi ing ngisor iki, NMOS biasane digunakake.

Ana kapasitansi parasit antarane telung pin MOSFET. Iki dudu sing kita butuhake, nanging disebabake watesan proses manufaktur. Anane kapasitansi parasit ndadekake luwih angel nalika ngrancang utawa milih sirkuit drive, nanging ora ana cara kanggo nyegah. Kita bakal ngenalake kanthi rinci mengko.

Ana dioda parasit antarane saluran lan sumber. Iki diarani dioda awak. Dioda iki penting banget nalika nyopir beban induktif (kayata motor). Miturut cara, dioda awak mung ana ing MOSFET siji lan biasane ora ditemokake ing chip sirkuit terpadu.

 

2. karakteristik konduksi MOSFET

Conducting tegese tumindak minangka saklar, sing padha karo saklar sing ditutup.

Karakteristik NMOS yaiku bakal urip nalika Vgs luwih gedhe tinimbang nilai tartamtu. Iku cocok kanggo nggunakake nalika sumber wis grounded (low-mburi drive), anggere voltase gapura tekan 4V utawa 10V.

Karakteristik PMOS iku bakal nguripake nalika Vgs kurang saka nilai tartamtu, kang cocok kanggo kahanan ngendi sumber disambungake menyang VCC (dhuwur-mburi drive). Nanging, sanadyanPMOSbisa gampang digunakake minangka pembalap dhuwur-mburi, NMOS biasane digunakake ing pembalap dhuwur-mburi amarga gedhe ing-resistance, rega dhuwur, lan sawetara jinis panggantos.

 

3. MOS ngalih tabung mundhut

Apa iku NMOS utawa PMOS, ana ing-resistance sawise diuripake, supaya saiki bakal nganggo energi ing resistance iki. Bagian saka energi sing dikonsumsi diarani mundhut konduksi. Milih MOSFET kanthi resistensi cilik bakal nyuda kerugian konduksi. Daya tahan MOSFET ing jaman saiki umume watara puluhan miliohm, lan uga ana sawetara miliohm.

Nalika MOSFET diuripake lan dipateni, iku kudu ora rampung enggal. Tegangan ing MOS nduweni proses sing mudhun, lan arus sing mili nduweni proses sing tambah. Sajrone periode iki, ingMOSFET kangmundhut iku produk saka voltase lan saiki, kang disebut switching mundhut. Biasane losses ngoper luwih gedhe tinimbang losses konduksi, lan luwih cepet frekuensi ngoper, losses luwih.

Produk voltase lan arus ing wayahe konduksi gedhe banget, nyebabake kerugian gedhe. Shortening wektu ngoper bisa nyuda mundhut sak saben konduksi; nyuda frekuensi ngoper bisa nyuda jumlah ngalih saben unit wektu. Kaloro cara kasebut bisa nyuda kerugian ganti.

Bentuk gelombang nalika MOSFET diuripake. Bisa dideleng yen produk voltase lan saiki ing wayahe konduksi gedhe banget, lan kerugian sing disebabake uga gedhe banget. Ngurangi wektu ngoper bisa nyuda mundhut sajrone saben konduksi; nyuda frekuensi ngoper bisa nyuda jumlah ngalih saben unit wektu. Kaloro cara kasebut bisa nyuda kerugian ganti.

 

4. driver MOSFET

Dibandhingake karo transistor bipolar, iku umume pracaya ora saiki dibutuhake kanggo nguripake MOSFET a, anggere voltase GS luwih dhuwur tinimbang nilai tartamtu. Iki gampang ditindakake, nanging kita uga butuh kacepetan.

Iku bisa katon ing struktur MOSFET sing ana kapasitansi parasitic antarane GS lan GD, lan nyopir MOSFET bener daya lan discharge saka kapasitor. Ngisi daya kapasitor mbutuhake arus, amarga kapasitor bisa dianggep minangka sirkuit cendhak nalika ngisi daya, mula arus cepet bakal relatif gedhe. Babagan pisanan sing kudu digatekake nalika milih / ngrancang driver MOSFET yaiku jumlah arus hubung singkat sing bisa diwenehake. |

Kapindho sing kudu dicathet yaiku NMOS, sing umum digunakake kanggo nyopir dhuwur, mbutuhake voltase gerbang luwih gedhe tinimbang voltase sumber nalika diuripake. Nalika MOSFET dhuwur-sisih mimpin diuripake, voltase sumber padha voltase saluran (VCC), supaya voltase gapura 4V utawa 10V luwih saka VCC ing wektu iki. Yen sampeyan pengin njaluk voltase luwih gedhe tinimbang VCC ing sistem padha, sampeyan kudu sirkuit ngedongkrak khusus. Akeh pembalap motor duwe pompa pangisian daya terpadu. Sampeyan kudu nyatet sing kapasitor external cocok kudu dipilih kanggo njupuk arus short-circuit cekap kanggo drive MOSFET.

 

4V utawa 10V kasebut ing ndhuwur minangka voltase nguripake MOSFET sing umum digunakake, lan mesthi wates tartamtu kudu diidini sajrone desain. Lan luwih dhuwur voltase, luwih cepet kacepetan konduksi lan luwih cilik resistensi konduksi. Saiki ana MOSFET kanthi voltase konduksi cilik sing digunakake ing macem-macem lapangan, nanging ing sistem elektronik otomotif 12V, umume konduksi 4V cukup.

 

Kanggo sirkuit driver MOSFET lan mundhut, waca Microchip AN799 Matching MOSFET Drivers kanggo MOSFET. Iki rinci banget, mula aku ora bakal nulis maneh.

 

Produk voltase lan arus ing wayahe konduksi gedhe banget, nyebabake kerugian gedhe. Ngurangi wektu ngoper bisa nyuda mundhut sajrone saben konduksi; nyuda frekuensi ngoper bisa nyuda jumlah ngalih saben unit wektu. Kaloro cara kasebut bisa nyuda kerugian ganti.

MOSFET minangka jinis FET (sing liyane yaiku JFET). Bisa digawe menyang mode penambahan utawa mode panipisan, P-saluran utawa N-saluran, total 4 jinis. Nanging, mung MOSFET saluran N mode-tambahan sing bener digunakake. lan tambahan-jinis P-saluran MOSFET, supaya NMOS utawa PMOS biasane deleng rong jinis iki.

 

5. sirkuit aplikasi MOSFET?

Karakteristik MOSFET sing paling penting yaiku karakteristik ngoper sing apik, saengga akeh digunakake ing sirkuit sing mbutuhake saklar elektronik, kayata ngoper sumber daya lan drive motor, uga lampu dimming.

 

Pembalap MOSFET saiki duwe sawetara syarat khusus:

1. Aplikasi voltase kurang

Nalika nggunakake sumber daya 5V, yen struktur kutub totem tradisional digunakake ing wektu iki, amarga transistor wis gulung voltase watara 0.7V, voltase pungkasan nyata Applied kanggo gapura mung 4.3V. Ing wektu iki, kita milih daya gerbang nominal

Ana risiko tartamtu nalika nggunakake MOSFET 4.5V. Masalah sing padha uga kedadeyan nalika nggunakake 3V utawa pasokan listrik voltase rendah liyane.

2. Aplikasi voltase Wide

Tegangan input dudu nilai tetep, bakal diganti karo wektu utawa faktor liyane. Owah-owahan iki nyebabake tegangan nyopir sing diwenehake dening sirkuit PWM menyang MOSFET dadi ora stabil.

Kanggo nggawe MOSFET aman ing voltase gerbang dhuwur, akeh MOSFET duwe regulator voltase sing dibangun kanggo mbatesi amplitudo voltase gerbang kanthi paksa. Ing kasus iki, nalika voltase driving kasedhiya ngluwihi voltase saka tabung regulator voltase, iku bakal nimbulaké konsumsi daya statis gedhe.

Ing wektu sing padha, yen sampeyan mung nggunakake prinsip divisi voltase resistor kanggo ngurangi voltase gerbang, MOSFET bakal bisa digunakake kanthi apik nalika voltase input relatif dhuwur, nanging nalika voltase input suda, voltase gerbang bakal ora cukup, nyebabake konduksi ora lengkap, saéngga nambah konsumsi daya.

3. Aplikasi voltase dual

Ing sawetara sirkuit kontrol, bagean logika nggunakake voltase digital 5V utawa 3.3V khas, dene bagean daya nggunakake voltase 12V utawa luwih dhuwur. Loro voltase disambungake menyang lemah umum.

Iki mundhakaken requirement kanggo nggunakake sirkuit supaya sisih voltase kurang èfèktif bisa ngontrol MOSFET ing sisih voltase dhuwur. Ing wektu sing padha, MOSFET ing sisih voltase dhuwur uga bakal ngadhepi masalah sing kasebut ing 1 lan 2.

Ing telung kasus kasebut, struktur kutub totem ora bisa nyukupi syarat output, lan akeh IC driver MOSFET sing ora ana ing rak ora kalebu struktur watesan voltase gerbang.

 

Dadi aku ngrancang sirkuit sing relatif umum kanggo nyukupi telung kabutuhan kasebut.

|

Sirkuit driver kanggo NMOS

Ing kene aku mung bakal nindakake analisis prasaja saka sirkuit driver NMOS:

Vl lan Vh minangka sumber daya low-end lan high-end. Loro voltase bisa padha, nanging Vl ngirim ora ngluwihi Vh.

Q1 lan Q2 mbentuk kutub totem kuwalik kanggo entuk isolasi nalika mesthekake yen loro tabung driver Q3 lan Q4 ora nguripake ing wektu sing padha.

R2 lan R3 nyedhiyakake referensi voltase PWM. Kanthi ngganti referensi iki, sirkuit bisa dilakokno ing posisi ngendi gelombang sinyal PWM relatif tajem.

Q3 lan Q4 digunakake kanggo nyedhiyakake drive saiki. Nalika diuripake, Q3 lan Q4 mung duwe voltase gulung minimal Vce relatif kanggo Vh lan GND. Tegangan drop iki biasane mung babagan 0.3V, sing luwih murah tinimbang Vce 0.7V.

R5 lan R6 minangka resistor umpan balik, digunakake kanggo sampel voltase gerbang. Tegangan sampel ngasilake umpan balik negatif sing kuat menyang basis Q1 lan Q2 nganti Q5, saéngga mbatesi voltase gerbang menyang nilai winates. Nilai iki bisa diatur liwat R5 lan R6.

Pungkasan, R1 menehi watesan saiki dhasar kanggo Q3 lan Q4, lan R4 menehi watesan saiki gerbang kanggo MOSFET, yaiku watesan Es Q3 lan Q4. Yen perlu, kapasitor akselerasi bisa disambungake ing podo karo kanggo R4.

Sirkuit iki nyedhiyakake fitur ing ngisor iki:

1. Gunakake voltase sisih kurang lan PWM kanggo drive MOSFET sisih dhuwur.

2. Gunakake sinyal PWM amplitudo cilik kanggo drive MOSFET karo syarat voltase gapura dhuwur.

3. Watesan puncak voltase gerbang

4. Input lan output watesan saiki

5. Kanthi nggunakake resistor cocok, konsumsi daya banget kurang bisa ngrambah.

6. Sinyal PWM kuwalik. NMOS ora mbutuhake fitur iki lan bisa ditanggulangi kanthi masang inverter ing ngarep.

Nalika ngrancang piranti portabel lan produk nirkabel, ningkatake kinerja produk lan ndawakake umur baterei minangka rong masalah sing kudu diadhepi para desainer. Konverter DC-DC duweni kaluwihan efisiensi dhuwur, arus output gedhe, lan arus sepi sing sithik, saengga cocog banget kanggo nguwasani piranti portebel. Saiki, tren utama ing pangembangan teknologi desain konverter DC-DC yaiku: (1) Teknologi frekuensi dhuwur: Nalika frekuensi ngoper mundhak, ukuran konverter ganti uga suda, Kapadhetan daya uga tambah akeh, lan respon dinamis wis apik. . Frekuensi ngoper konverter DC-DC daya rendah bakal munggah menyang tingkat megahertz. (2) Teknologi voltase output sing kurang: Kanthi pangembangan teknologi manufaktur semikonduktor sing terus-terusan, voltase operasi mikroprosesor lan piranti elektronik portabel saya mudhun, sing mbutuhake konverter DC-DC ing mangsa ngarep kanggo nyedhiyakake voltase output sing sithik kanggo adaptasi karo mikroprosesor. syarat kanggo prosesor lan piranti elektronik portabel.

Pangembangan teknologi kasebut wis ngetrapake syarat sing luwih dhuwur kanggo desain sirkuit chip daya. Kaping pisanan, amarga frekuensi ngoper terus saya tambah, syarat sing dhuwur dilebokake ing kinerja unsur ngoper. Ing wektu sing padha, sirkuit drive unsur switching sing cocog kudu disedhiyakake kanggo mesthekake yen unsur ngoper bisa normal ing frekuensi ngoper nganti MHz. Kapindho, kanggo piranti elektronik portabel sing nganggo baterei, voltase kerja sirkuit kurang (njupuk baterei lithium minangka conto, voltase kerja 2.5 ~ 3.6V), mula, voltase kerja chip daya sithik.

 

MOSFET nduweni resistensi sing sithik banget lan nggunakake energi sing sithik. MOSFET asring digunakake minangka saklar daya ing chip DC-DC efisiensi dhuwur sing saiki populer. Nanging, amarga kapasitansi parasit gedhe saka MOSFET, kapasitansi gapura tabung switching NMOS umume minangka dhuwur minangka puluhan picofarads. Iki nyedhiyakake syarat sing luwih dhuwur kanggo desain sirkuit penggerak tabung konverter DC-DC frekuensi operasi dhuwur.

Ing desain ULSI voltase kurang, ana macem-macem sirkuit logika CMOS lan BiCMOS nggunakake struktur ngedongkrak bootstrap lan sirkuit drive minangka beban kapasitif gedhe. Sirkuit iki bisa mlaku kanthi normal kanthi voltase sumber daya luwih murah tinimbang 1V, lan bisa beroperasi kanthi frekuensi puluhan megahertz utawa malah atusan megahertz kanthi kapasitansi beban 1 nganti 2pF. Artikel iki nggunakake sirkuit ngedongkrak bootstrap kanggo ngrancang sirkuit drive karo kapasitas drive kapasitansi mbukak gedhe sing cocok kanggo voltase kurang, frekuensi ngoper dhuwur ngedongkrak konverter DC-DC. Sirkuit kasebut dirancang adhedhasar proses Samsung AHP615 BiCMOS lan diverifikasi dening simulasi Hspice. Nalika voltase sumber 1.5V lan kapasitansi mbukak 60pF, frekuensi operasi bisa luwih saka 5MHz.

|

Karakteristik ngoper MOSFET

|

1. Karakteristik statis

Minangka unsur ngoper, MOSFET uga dianggo ing rong negara: mati utawa urip. Wiwit MOSFET minangka komponen sing dikontrol voltase, negara kerjane utamane ditemtokake dening voltase gerbang-sumber uGS.

 

Karakteristik kerja kaya ing ngisor iki:

※ uGS＜ voltase nguripake UT: MOSFET dianggo ing wilayah cut-off, saluran-sumber saiki iDS Sejatine 0, voltase output uDS≈UDD, lan MOSFET ing negara "mati".

※ uGS>Aktifake tegangan UT: MOSFET dianggo ing wilayah konduksi, saluran-sumber saiki iDS=UDD/(RD+rDS). Antarane wong-wong mau, rDS punika resistance saluran-sumber nalika MOSFET diuripake. Tegangan output UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), yen rDS＜＜RD, uDS≈0V, MOSFET ana ing negara "on".

2. Karakteristik dinamis

MOSFET uga nduweni proses transisi nalika ngalih ing antarane negara lan mateni, nanging karakteristik dinamis utamane gumantung saka wektu sing dibutuhake kanggo ngisi lan ngeculake kapasitansi keblasuk sing ana gandhengane karo sirkuit, lan akumulasi lan discharge nalika tabung urip lan mateni. Wektu disipasi sithik banget.

Nalika voltase input ui owah-owahan saka dhuwur kanggo kurang lan MOSFET owah-owahan saka negara ing negara mati, sumber daya UDD ngisi kapasitansi nyasar CL liwat RD, lan wektu ngisi daya pancet τ1 = RDCL. Mulane, voltase output uo kudu liwat wektu tundha tartamtu sadurunge ngganti saka tingkat kurang kanggo tingkat dhuwur; nalika voltase input ui owah-owahan saka kurang kanggo dhuwur lan owah-owahan MOSFET saka negara mati kanggo negara on, daya ing kapasitansi keblasuk CL liwat rDS Discharge occurs karo wektu discharge pancet τ2≈rDSCL. Bisa dideleng yen voltase output Uo uga mbutuhake wektu tundha tartamtu sadurunge bisa transisi menyang tingkat sing kurang. Nanging amarga rDS luwih cilik tinimbang RD, wektu konversi saka cut-off menyang konduksi luwih cendhek tinimbang wektu konversi saka konduksi menyang cut-off.

Wiwit rDS resistance saluran-sumber saka MOSFET nalika diuripake luwih gedhe tinimbang rCES resistance jenuh transistor, lan resistance saluran external RD uga luwih gedhe saka resistance kolektor RC saka transistor, daya lan discharging wektu. MOSFET luwih dawa, nggawe MOSFET Kacepetan ngoper luwih murah tinimbang transistor. Nanging, ing sirkuit CMOS, amarga sirkuit pangisi daya lan sirkuit discharging loro-lorone sirkuit resistensi kurang, proses ngisi daya lan discharging relatif cepet, nyebabake kacepetan ngoper dhuwur kanggo sirkuit CMOS.