Велика корпусна схема драйвера MOSFET

Перш за все, тип і структура MOSFET,MOSFETє польовим транзистором (іншим є JFET), може бути виготовлений у розширений або виснажений тип, P-канальний або N-канальний загалом чотири типи, але фактичне застосування лише вдосконалених N-канальних MOSFET та покращених P-канальних MOSFET, тому зазвичай називається NMOS або PMOS, відноситься до цих двох видів. Для цих двох типів удосконалених МОП-транзисторів частіше використовується NMOS, причина в тому, що опір увімкнення малий і простий у виготовленні. Таким чином, NMOS зазвичай використовується в імпульсних джерелах живлення та двигунах.

У наступному вступі більшість випадків домінує NMOS. між трьома контактами MOSFET існує паразитна ємність, яка не потрібна, але виникає через обмеження виробничого процесу. Наявність паразитної ємності робить дещо складним проектування або вибір схеми драйвера. Між стоком і витоком знаходиться паразитний діод. Це називається корпусним діодом і важливий для керування індуктивними навантаженнями, такими як двигуни. До речі, корпусний діод присутній лише в окремих МОП-транзисторах і зазвичай відсутній усередині мікросхеми.

MOSFETвтрати комутаційної трубки, будь то NMOS або PMOS, після того, як існує провідність опору увімкнення, так що струм буде споживати енергію в цьому опорі, ця частина спожитої енергії називається втратою провідності. Вибір МОП-транзисторів з низьким опором увімкнення зменшить втрати на опорі увімкнення. Нині опір увімкнення малопотужних МОП-транзисторів, як правило, становить близько десятків міліом, і також доступні кілька міліом. МОП-транзистори не повинні бути завершені миттєво, коли вони вмикаються та вимикаються. Існує процес зменшення напруги на два кінці MOSFET, і відбувається процес збільшення струму, що протікає через нього. Протягом цього періоду часу втрата MOSFET становить добуток напруги та сили струму, який називається втратою на комутацію. Зазвичай втрати на перемикання набагато більші, ніж втрати на провідність, і чим вище частота перемикання, тим більші втрати. Добуток напруги і струму в момент провідності дуже великий, що призводить до великих втрат. Скорочення часу перемикання зменшує втрати при кожній провідності; зменшення частоти перемикань зменшує кількість перемикань в одиницю часу. Обидва ці підходи зменшують втрати при перемиканні.

У порівнянні з біполярними транзисторами, зазвичай вважається, що струм не потрібен для створення aMOSFETпроводити, поки напруга GS вище певного значення. Зробити це нескладно, однак нам також потрібна швидкість. Як ви можете бачити в структурі MOSFET, існує паразитна ємність між GS, GD, і керування MOSFET, по суті, є зарядкою та розрядкою ємності. Для зарядки конденсатора потрібен струм, тому що миттєва зарядка конденсатора може розглядатися як коротке замикання, тому миттєвий струм буде вищим. Перше, на що слід звернути увагу при виборі/проектуванні драйвера MOSFET, це розмір миттєвого струму короткого замикання, який можна забезпечити.

Друге, на що слід звернути увагу, це те, що, як правило, використовується в високоякісних приводах NMOS, напруга затвора ввімкнення має бути більшою, ніж напруга джерела. Висококласний диск MOSFET на напругу джерела та напругу стоку (VCC) однакові, тому напруга затвора, ніж VCC 4В або 10В. якщо в тій же системі, щоб отримати більшу напругу, ніж VCC, нам потрібно спеціалізуватися на схемі підвищення. Багато драйверів двигунів мають інтегровані зарядні насоси, важливо зазначити, що ви повинні вибрати відповідну зовнішню ємність, щоб отримати достатній струм короткого замикання для керування MOSFET. 4 В або 10 В - це широко використовуваний МОП-транзистор напруги, дизайн, звичайно, повинен мати певний запас. Чим вища напруга, тим вище швидкість у включеному стані та менший опір у відкритому стані. Зараз також існують МОП-транзистори з меншою напругою у відкритому стані, які використовуються в різних галузях, але в системі автомобільної електроніки 12 В зазвичай достатньо 4 В у включеному стані. Найбільш помітною особливістю МОП-транзисторів є характеристики перемикання, тому вони широко використовуються в потреба в електронних комутаційних схемах, таких як імпульсне джерело живлення та привод двигуна, але також освітлення. Проведення означає, що діє як перемикач, що еквівалентно замиканню перемикача. Характеристики NMOS, Vgs, що перевищує певне значення, будуть проводити, придатні для використання у випадку, коли джерело заземлено (привід нижнього рівня), доки затвор напруга 4 В або 10 В. Характеристики PMOS, Vgs менше певного значення, будуть проводити, придатні для використання у випадку, коли джерело підключено до VCC (привід високого класу). Однак, хоча PMOS можна легко використовувати як драйвер високого класу, NMOS зазвичай використовується у драйверах високого класу через великий опір увімкнення, високу ціну та декілька типів заміни.

Тепер MOSFET управляє низьковольтними програмами, коли використовується джерело живлення 5 В, цього разу, якщо ви використовуєте традиційну структуру тотемного стовпа, через транзистор буде приблизно 0,7 В падіння напруги, що призводить до фактичного остаточного додавання до воріт на напруга становить лише 4,3 В. У цей час ми вибираємо номінальну напругу на затворі MOSFET 4,5 В на наявність певних ризиків. Така ж проблема виникає під час використання джерела живлення 3 В або інших джерел низької напруги. Подвійна напруга використовується в деяких схемах керування, де логічна секція використовує типову цифрову напругу 5 В або 3,3 В, а секція живлення використовує 12 В або навіть вище. Дві напруги з’єднані за допомогою загального заземлення. Це висуває вимогу використовувати схему, яка дозволяє стороні низької напруги ефективно керувати MOSFET на стороні високої напруги, тоді як MOSFET на стороні високої напруги зіткнеться з тими ж проблемами, згаданими в 1 і 2. У всіх трьох випадках, Структура тотемного стовпа не може задовольнити вихідні вимоги, і багато стандартних мікросхем драйверів MOSFET, здається, не включають структуру обмеження напруги затвора. Вхідна напруга не є фіксованим значенням, воно змінюється з часом або іншими факторами. Ця зміна призводить до того, що напруга приводу, що подається на MOSFET ланцюгом ШІМ, є нестабільною. Щоб захистити МОП-транзистор від високих напруг на затворі, багато МОП-транзисторів мають вбудовані стабілізатори напруги для примусового обмеження амплітуди напруги затвора.

У цьому випадку, коли подана напруга приводу перевищує напругу регулятора, це спричинить велике статичне споживання електроенергії. У той же час, якщо ви просто використовуєте принцип резисторного дільника напруги для зменшення напруги на затворі, буде відносно висока вхідна напруга, МОП-транзистор працює добре, тоді як вхідна напруга знижується, коли напруга затвора недостатня, щоб викликати недостатньо повну провідність, таким чином збільшуючи споживання електроенергії.

Відносно поширена схема тут лише для схеми драйвера NMOS для простого аналізу: Vl і Vh — це джерело живлення нижнього та високого класів, відповідно, дві напруги можуть бути однаковими, але Vl не має перевищувати Vh. Q1 і Q2 утворюють перевернутий тотемний полюс, який використовується для досягнення ізоляції, і в той же час для забезпечення того, що дві трубки драйвера Q3 і Q4 не будуть увімкнені одночасно. R2 і R3 забезпечують опорну напругу ШІМ, і, змінивши цю опорну схему, ви можете змусити схему працювати добре, а напруга затвора буде недостатньою для повної провідності, таким чином збільшуючи споживання електроенергії. R2 і R3 забезпечують опорну напругу ШІМ, змінюючи цю опорну схему, ви можете дозволити схемі працювати у відносно крутому та прямому положенні сигналу ШІМ. Q3 і Q4 використовуються для забезпечення струму приводу, через час увімкнення, Q3 і Q4 відносно Vh і GND є лише мінімальним падінням напруги Vce, це падіння напруги зазвичай становить лише 0,3 В або близько того, набагато нижче ніж 0,7 В Vce R5 і R6 є резисторами зворотного зв’язку для вибірки напруги затвора, після вибірки напруги напруга затвора використовується як резистор зворотного зв’язку для напруги затвора, а напруга зразка використовується для напруги затвора. R5 і R6 є резисторами зворотного зв'язку, які використовуються для вибірки напруги затвора, яка потім пропускається через Q5 для створення сильного негативного зворотного зв'язку на базах Q1 і Q2, таким чином обмежуючи напругу затвора до кінцевого значення. Це значення можна регулювати за допомогою R5 і R6. Нарешті, R1 забезпечує обмеження базового струму для Q3 і Q4, а R4 забезпечує обмеження струму затвора для MOSFET, що є обмеженням Ice Q3Q4. При необхідності над R4 можна підключити прискорювальний конденсатор.                                         

При розробці портативних пристроїв і бездротових пристроїв розробникам необхідно зіткнутися з двома проблемами, з якими потрібно зіткнутися покращення продуктивності виробу та подовження часу роботи батареї. Перетворювачі постійного струму мають такі переваги, як висока ефективність, високий вихідний струм і низький струм спокою, що дуже підходить для живлення портативних пристроїв. пристроїв.

DC-DC перетворювачі мають такі переваги, як висока ефективність, високий вихідний струм і низький струм спокою, які дуже підходять для живлення портативних пристроїв. В даний час основні тенденції в розвитку технології проектування перетворювача DC-DC включають: високочастотну технологію: зі збільшенням частоти перемикання розмір перемикаючого перетворювача також зменшується, щільність потужності була значно збільшена, а динамічний відповідь покращено. Маленький

Частота перемикання DC-DC перетворювача підніметься до рівня мегагерц. Технологія низької вихідної напруги: з безперервним розвитком технології виробництва напівпровідників робоча напруга мікропроцесорів і портативного електронного обладнання стає все нижчою, що вимагає від майбутнього перетворювача постійного струму, який може забезпечити низьку вихідну напругу для адаптації до мікропроцесора та портативного електронного обладнання, яке вимагає, щоб майбутній перетворювач DC-DC міг забезпечити низьку вихідну напругу для адаптації до мікропроцесора.

Достатньо, щоб забезпечити низьку вихідну напругу для адаптації до мікропроцесорів і портативного електронного обладнання. Ці технологічні розробки висувають більш високі вимоги до проектування мікросхем блоків живлення. Перш за все, зі збільшенням частоти перемикання продуктивність комутаційних компонентів висувається на перший план

Високі вимоги до продуктивності комутаційного елемента та повинні мати відповідну схему приводу комутаційного елемента, щоб забезпечити частоту комутації комутаційного елемента до мегагерцового рівня нормальної роботи. По-друге, для портативних електронних пристроїв з батарейним живленням робоча напруга схеми низька (наприклад, у випадку літієвих батарей).

Літієві батареї, наприклад, робоча напруга 2,5 ~ 3,6 В), тому чіп живлення для нижчої напруги.

MOSFET має дуже низький опір увімкнення, низьке енергоспоживання, у поточному популярному високоефективному чіпі DC-DC більше MOSFET як перемикач живлення. Однак через велику паразитну ємність MOSFET. Це висуває більш високі вимоги до проектування схем імпульсних лампових драйверів для проектування перетворювачів постійного струму з високою робочою частотою. Існують різні логічні схеми CMOS, BiCMOS, які використовують структуру підсилення початкового рівня та схеми драйверів як великі ємнісні навантаження в конструкції ULSI низької напруги. Ці схеми здатні належним чином працювати за умов напруги менше 1 В і можуть працювати за умов ємності навантаження 1 ~ 2 пФ, частота може досягати десятків мегабіт або навіть сотень мегагерц. У цьому документі початкова схема підсилення використовується для розробки потужності приводу великої ємності навантаження, придатної для схеми керування перетворювачем постійного струму з низькою напругою та високою частотою перемикання. Низька напруга та ШІМ для керування високоякісними MOSFET. ШІМ-сигнал малої амплітуди для забезпечення високих вимог до напруги на затворі MOSFET.