În primul rând, tipul și structura MOSFET,MOSFETeste un FET (altul este JFET), poate fi fabricat în tip îmbunătățit sau de epuizare, canal P sau canal N un total de patru tipuri, dar aplicarea efectivă a MOSFET-urilor cu canal N îmbunătățite și MOSFET-urilor cu canal P îmbunătățite, deci denumit de obicei NMOS sau PMOS se referă la aceste două tipuri. Pentru aceste două tipuri de MOSFET îmbunătățite, cel mai frecvent utilizat este NMOS, motivul este că rezistența la pornire este mică și ușor de fabricat. Prin urmare, NMOS este utilizat în general în aplicațiile de alimentare cu comutare și de acționare a motorului.
În introducerea următoare, majoritatea cazurilor sunt dominate de NMOS. între cei trei pini ai MOSFET există o capacitate parazită, o caracteristică care nu este necesară, dar apare din cauza limitărilor procesului de fabricație. Prezența capacității parazitare face să fie puțin dificilă proiectarea sau selectarea unui circuit de driver. Între dren și sursă există o diodă parazită. Aceasta se numește diodă de corp și este importantă în conducerea sarcinilor inductive, cum ar fi motoarele. Apropo, dioda corpului este prezentă numai în MOSFET-urile individuale și, de obicei, nu este prezentă în interiorul unui cip IC.
MOSFETpierderea tubului de comutare, indiferent dacă este NMOS sau PMOS, după ce există conducția rezistenței de pornire, astfel încât curentul va consuma energie în această rezistență, această parte a energiei consumate se numește pierdere de conducție. Selectarea MOSFET-urilor cu rezistență scăzută va reduce pierderea de rezistență. În zilele noastre, rezistența la pornire a MOSFET-urilor de putere redusă este în general în jur de zeci de miliohmi și sunt, de asemenea, disponibili câțiva miliohmi. MOSFET-urile nu trebuie finalizate într-o clipă când sunt pornite și oprite. Există un proces de scădere a tensiunii la cele două capete ale MOSFET și există un proces de creștere a curentului care circulă prin acesta. În această perioadă de timp, pierderea MOSFET-urilor este produsul dintre tensiune și curent, care se numește pierdere de comutare. De obicei, pierderea de comutare este mult mai mare decât pierderea de conducție și cu cât frecvența de comutare este mai rapidă, cu atât pierderea este mai mare. Produsul tensiunii și curentului în momentul conducției este foarte mare, rezultând pierderi mari. Scurtarea timpului de comutare reduce pierderea la fiecare conductie; reducerea frecvenței de comutare reduce numărul de comutatoare pe unitatea de timp. Ambele abordări reduc pierderile de comutare.
În comparație cu tranzistoarele bipolare, se crede în general că nu este nevoie de curent pentru a produce aMOSFETconductă, atâta timp cât tensiunea GS este peste o anumită valoare. Acest lucru este ușor de făcut, dar avem nevoie și de viteză. După cum puteți vedea în structura MOSFET, există o capacitate parazită între GS, GD, iar conducerea MOSFET este, de fapt, încărcarea și descărcarea capacității. Încărcarea condensatorului necesită un curent, deoarece încărcarea instantanee a condensatorului poate fi văzută ca un scurtcircuit, astfel încât curentul instantaneu va fi mai mare. Primul lucru de reținut atunci când selectați/proiectați un driver MOSFET este mărimea curentului instantaneu de scurtcircuit care poate fi furnizat.
Al doilea lucru de remarcat este că, utilizat în general în NMOS de vârf, tensiunea la timp trebuie să fie mai mare decât tensiunea sursei. High-end drive MOSFET pe tensiunea sursă și tensiunea de scurgere (VCC) la fel, deci apoi tensiunea de poartă decât VCC 4V sau 10V. dacă în același sistem, pentru a obține o tensiune mai mare decât VCC, trebuie să ne specializam în circuitul de amplificare. Multe drivere de motor au pompe de încărcare integrate, este important să rețineți că ar trebui să alegeți capacitatea externă adecvată pentru a obține suficient curent de scurtcircuit pentru a conduce MOSFET-ul. 4V sau 10V este MOSFET-ul utilizat în mod obișnuit pe tensiune, designul, desigur, trebuie să aveți o anumită marjă. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât viteza de pornire este mai mare și cu atât rezistența de pornire este mai mică. Acum există, de asemenea, MOSFET-uri de tensiune mai mici utilizate în diferite domenii, dar în sistemul electronic de automobile de 12 V, în general, 4 V în stare este suficient. Cea mai notabilă caracteristică a MOSFET este caracteristicile de comutare ale bunului, deci este utilizat pe scară largă în nevoie de circuite electronice de comutare, cum ar fi alimentarea cu comutare și acționarea motorului, dar și reglarea luminii. Conductiv înseamnă a acționa ca un comutator, ceea ce este echivalent cu o închidere a comutatorului. Caracteristicile NMOS, Vgs mai mari decât o anumită valoare vor conduce, potrivite pentru utilizare în cazul în care sursa este legată la pământ (unitate low-end), atâta timp cât poarta Tensiune de 4V sau 10V. Caracteristici PMOS, Vgs mai mici decât o anumită valoare va conduce, potrivit pentru utilizare în cazul în care sursa este conectată la VCC (unitate high-end). Cu toate acestea, deși PMOS poate fi utilizat cu ușurință ca un driver de ultimă generație, NMOS este de obicei utilizat în driverele de ultimă generație datorită rezistenței mari, prețului ridicat și puținelor tipuri de înlocuire.
Acum, MOSFET conduce aplicații de joasă tensiune, atunci când se utilizează sursa de alimentare de 5 V, de data aceasta, dacă utilizați structura tradițională a polului totem, datorită tranzistorului să fie de aproximativ 0,7 V cădere de tensiune, rezultând în finalul real adăugat la poarta de pe tensiunea este de numai 4,3 V. În acest moment, alegem tensiunea nominală de poartă de 4,5 V a MOSFET-ului pe existența anumitor riscuri. Aceeași problemă apare la utilizarea 3V sau în alte ocazii de alimentare cu tensiune joasă. Tensiunea duală este utilizată în unele circuite de control în care secțiunea logică folosește o tensiune digitală tipică de 5V sau 3,3V, iar secțiunea de putere folosește 12V sau chiar mai mare. Cele două tensiuni sunt conectate folosind o masă comună. Acest lucru impune utilizarea unui circuit care să permită părții de joasă tensiune să controleze eficient MOSFET-ul pe partea de înaltă tensiune, în timp ce MOSFET-ul de pe partea de înaltă tensiune se va confrunta cu aceleași probleme menționate la 1 și 2. În toate cele trei cazuri, Structura polului totem nu poate îndeplini cerințele de ieșire, iar multe circuite integrate de driver MOSFET disponibile nu par să includă o structură de limitare a tensiunii de poartă. Tensiunea de intrare nu este o valoare fixă, variază în funcție de timp sau de alți factori. Această variație face ca tensiunea de comandă furnizată MOSFET-ului de circuitul PWM să fie instabilă. Pentru a proteja MOSFET-ul de tensiuni mari de poartă, multe MOSFET-uri au regulatoare de tensiune încorporate pentru a limita cu forță amplitudinea tensiunii de poartă.
În acest caz, atunci când tensiunea de comandă furnizată depășește tensiunea regulatorului, va provoca un consum mare de energie statică. În același timp, dacă utilizați pur și simplu principiul divizorului de tensiune al rezistenței pentru a reduce tensiunea de poartă, va exista o tensiune mare de intrare, MOSFET-ul funcționează bine, în timp ce tensiunea de intrare este redusă atunci când tensiunea de poartă este insuficientă pentru a provoca o conducție insuficientă completă, crescând astfel consumul de energie.
Circuit relativ obișnuit aici numai pentru circuitul driverului NMOS pentru a face o analiză simplă: Vl și Vh sunt sursa de alimentare low-end și, respectiv, high-end, cele două tensiuni pot fi aceleași, dar Vl nu ar trebui să depășească Vh. Q1 și Q2 formează un stâlp totem inversat, folosit pentru a realiza izolarea și, în același timp, pentru a se asigura că cele două tuburi de șofer Q3 și Q4 nu vor fi pornite în același timp. R2 și R3 furnizează referința de tensiune PWM și, prin schimbarea acestei referințe, puteți face ca circuitul să funcționeze bine, iar tensiunea de poartă nu este suficientă pentru a provoca o conducție completă, crescând astfel consumul de energie. R2 și R3 furnizează referința de tensiune PWM, prin schimbarea acestei referințe, puteți lăsa circuitul să funcționeze în forma de undă a semnalului PWM este o poziție relativ abruptă și dreaptă. Q3 și Q4 sunt utilizate pentru a furniza curentul de comandă, datorită timpului de pornire, Q3 și Q4 în raport cu Vh și GND sunt doar un minim de o cădere de tensiune Vce, această cădere de tensiune este de obicei de doar 0,3V sau cam asa ceva, mult mai mică mai mult de 0,7 V Vce R5 și R6 sunt rezistențe de feedback pentru eșantionarea tensiunii de poartă, după eșantionarea tensiunii, tensiunea porții este utilizată ca rezistor de feedback la tensiunea de poartă, iar tensiunea eșantionului este utilizată la tensiunea de poartă. R5 și R6 sunt rezistențe de feedback utilizate pentru a eșantiona tensiunea de poartă, care este apoi trecută prin Q5 pentru a crea un feedback negativ puternic pe bazele Q1 și Q2, limitând astfel tensiunea de poartă la o valoare finită. Această valoare poate fi ajustată cu R5 și R6. În cele din urmă, R1 furnizează limitarea curentului de bază la Q3 și Q4, iar R4 oferă limitarea curentului de poartă la MOSFET-uri, care este limitarea Ice din Q3Q4. Un condensator de accelerație poate fi conectat în paralel deasupra R4 dacă este necesar.
Atunci când proiectați dispozitive portabile și produse fără fir, îmbunătățirea performanței produsului și extinderea duratei de funcționare a bateriei sunt două probleme cu care trebuie să se confrunte proiectanții. Convertizoarele DC-DC au avantajele unei eficiențe ridicate, curent de ieșire ridicat și curent de repaus scăzut, care sunt foarte potrivite pentru alimentarea portabilelor. dispozitive.
Convertoarele DC-DC au avantajele eficienței ridicate, curentului de ieșire mare și curentului de repaus scăzut, care sunt foarte potrivite pentru alimentarea dispozitivelor portabile. În prezent, principalele tendințe în dezvoltarea tehnologiei de proiectare a convertoarelor DC-DC includ: tehnologie de înaltă frecvență: odată cu creșterea frecvenței de comutare, dimensiunea convertorului de comutare este, de asemenea, redusă, densitatea de putere a crescut semnificativ și dinamica răspunsul a fost îmbunătățit. Mic
Frecvența de comutare a convertorului de putere DC-DC va crește la nivelul de megaherți. Tehnologie de tensiune joasă de ieșire: Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei de fabricare a semiconductorilor, tensiunea de funcționare a microprocesoarelor și echipamentelor electronice portabile este din ce în ce mai scăzută, ceea ce necesită ca viitorul convertor DC-DC să poată furniza o tensiune de ieșire scăzută pentru a se adapta la microprocesor și echipamente electronice portabile, care necesită viitorul convertor DC-DC poate oferi o tensiune de ieșire scăzută pentru a se adapta la microprocesor.
Suficient pentru a oferi o tensiune de ieșire scăzută pentru a se adapta la microprocesoare și echipamente electronice portabile. Aceste evoluții tehnologice propun cerințe mai mari pentru proiectarea circuitelor de cipuri de alimentare. În primul rând, odată cu creșterea frecvenței de comutare, este prezentată performanța componentelor de comutare
Cerințe ridicate pentru performanța elementului de comutare și trebuie să aibă circuitul de comandă a elementului de comutare corespunzător pentru a se asigura că elementul de comutare în frecvența de comutare până la nivelul de megaherți de funcționare normală. În al doilea rând, pentru dispozitivele electronice portabile alimentate cu baterii, tensiunea de funcționare a circuitului este scăzută (în cazul bateriilor cu litiu, de exemplu).
Bateriile cu litiu, de exemplu, tensiunea de funcționare de 2,5 ~ 3,6 V), astfel încât cip de alimentare pentru tensiunea mai mică.
MOSFET are o rezistență la pornire foarte scăzută, un consum redus de energie, în popularul cip DC-DC de înaltă eficiență, mai mult MOSFET ca comutator de alimentare. Cu toate acestea, datorită capacității parazitare mari a MOSFET-urilor. Acest lucru impune cerințe mai mari pentru proiectarea circuitelor de comandă cu tuburi de comutare pentru proiectarea convertoarelor DC-DC de înaltă frecvență de operare. Există diverse circuite logice CMOS, BiCMOS care utilizează structura de boost bootstrap și circuite driver ca sarcini capacitive mari în design ULSI de joasă tensiune. Aceste circuite sunt capabile să funcționeze corect în condiții de alimentare cu tensiune mai mică de 1V și pot funcționa în condițiile capacității de sarcină 1 ~ 2pF frecvența poate ajunge la zeci de megabiți sau chiar sute de megaherți. În această lucrare, circuitul de amplificare bootstrap este utilizat pentru a proiecta o capacitate de antrenare a capacității de sarcină mare, potrivită pentru circuitul de comandă al convertizorului DC-DC de joasă tensiune și de înaltă frecvență de comutare. Tensiune joasă și PWM pentru a conduce MOSFET-uri de vârf. semnal PWM de amplitudine mică pentru a conduce cerințele de tensiune de poartă ridicate ale MOSFET-urilor.
Ora postării: Apr-12-2024
