Veľký balík MOSFET Driver Circuit

Po prvé, typ a štruktúra MOSFET,MOSFETje FET (ďalší je JFET), môže byť vyrobený na vylepšený alebo vyčerpaný typ, P-kanál alebo N-kanál, celkovo štyri typy, ale skutočná aplikácia iba vylepšených N-kanálových MOSFETov a vylepšených P-kanálových MOSFETov, takže zvyčajne označovaný ako NMOS alebo PMOS sa vzťahuje na tieto dva druhy. Pre tieto dva typy vylepšených MOSFETov je bežnejšie používaný NMOS, dôvodom je, že odpor je malý a ľahko sa vyrába. Preto sa NMOS vo všeobecnosti používa v aplikáciách spínaného napájania a pohonu motora.

V nasledujúcom úvode vo väčšine prípadov dominuje NMOS. medzi tromi kolíkmi MOSFET existuje parazitná kapacita, čo je vlastnosť, ktorá nie je potrebná, ale vzniká v dôsledku obmedzení výrobného procesu. Prítomnosť parazitnej kapacity spôsobuje, že návrh alebo výber budiaceho obvodu je trochu komplikovaný. Medzi zvodom a zdrojom je parazitna dioda. Toto sa nazýva dióda tela a je dôležité pri poháňaní indukčných záťaží, ako sú motory. Mimochodom, dióda tela je prítomná iba v jednotlivých MOSFET a zvyčajne nie je prítomná vo vnútri čipu IC.

MOSFETstrata spínacej trubice, či už je to NMOS alebo PMOS, po tom, čo existuje vedenie zapnutého odporu, takže prúd bude spotrebovať energiu v tomto odpore, táto časť spotrebovanej energie sa nazýva strata vedenia. Výber MOSFETov s nízkym odporom zníži stratu odporu. V súčasnosti je odpor zapnutia nízkoenergetických MOSFETov vo všeobecnosti okolo desiatok miliohmov a k dispozícii je aj niekoľko miliohmov. MOSFETy sa nesmú dokončiť okamžite, keď sú zapnuté a vypnuté. Existuje proces znižovania napätia pri dva konce MOSFETu a dochádza k procesu zvyšovania prúdu, ktorý ním preteká. Počas tohto časového obdobia je strata MOSFETov súčinom napätia a prúd, ktorý sa nazýva spínacia strata. Zvyčajne je strata pri spínaní oveľa väčšia ako strata vo vedení a čím rýchlejšia je frekvencia spínania, tým väčšia je strata. Súčin napätia a prúdu v okamihu vedenia je veľmi veľký, čo vedie k veľkým stratám. Skrátenie spínacieho času znižuje stratu pri každom vedení; zníženie frekvencie spínania znižuje počet prepnutí za jednotku času. Oba tieto prístupy znižujú spínacie straty.

V porovnaní s bipolárnymi tranzistormi sa všeobecne verí, že na vytvorenie aMOSFETsprávanie, pokiaľ je napätie GS nad určitou hodnotou. Je to jednoduché, potrebujeme však aj rýchlosť. Ako môžete vidieť na štruktúre MOSFET, medzi GS, GD je parazitná kapacita a riadenie MOSFETu je v skutočnosti nabíjanie a vybíjanie kapacity. Nabíjanie kondenzátora vyžaduje prúd, pretože okamžité nabíjanie kondenzátora môže byť vnímané ako skrat, takže okamžitý prúd bude vyšší. Prvá vec, ktorú si treba všimnúť pri výbere/návrhu ovládača MOSFET, je veľkosť okamžitého skratového prúdu, ktorý môže byť poskytnutý.

Druhou vecou, ​​​​ktorú treba poznamenať, je, že zvyčajne používané v špičkových jednotkách NMOS, napätie brány v čase musí byť väčšie ako napätie zdroja. High-end menič MOSFET na zdrojovom napätí a odtokovom napätí (VCC) je rovnaký, teda hradlové napätie ako u VCC 4V alebo 10V. ak v tom istom systéme, aby sme získali väčšie napätie ako VCC, musíme sa špecializovať na posilňovací obvod. Mnoho ovládačov motora má integrované nabíjacie čerpadlá, je dôležité poznamenať, že by ste si mali zvoliť vhodnú externú kapacitu, aby ste získali dostatočný skratový prúd na pohon MOSFET. 4V alebo 10V je bežne používaný MOSFET na napätie, prevedenie samozrejme, treba mať určitú rezervu. Čím vyššie je napätie, tým vyššia je rýchlosť zapnutého stavu a nižší odpor v zapnutom stave. Teraz existujú aj menšie MOSFETy v zapnutom stave, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach, ale v 12V automobilovom elektronickom systéme vo všeobecnosti stačí 4V zapnuté. potreba elektronických spínacích obvodov, ako je spínaný zdroj a pohon motora, ale aj stmievanie osvetlenia. Vedenie znamená, že funguje ako spínač, čo je ekvivalentné zopnutiu spínača. Charakteristiky NMOS, Vgs väčšie ako určitá hodnota povedie, vhodné na použitie v prípade, keď je zdroj uzemnený (low-end drive), pokiaľ brána napätie 4V alebo 10V.PMOS charakteristiky, povedie Vgs menej ako určitá hodnota, vhodné pre použitie v prípade, keď je zdroj pripojený k VCC (high-end drive). Napriek tomu, že PMOS možno ľahko použiť ako špičkový ovládač, NMOS sa zvyčajne používa v špičkových ovládačoch kvôli veľkému odporu, vysokej cene a niekoľkým typom výmeny.

Teraz MOSFET poháňa nízkonapäťové aplikácie, pri použití 5V napájacieho zdroja, tentoraz, ak použijete tradičnú štruktúru totemu, bude v dôsledku tranzistora asi 0,7V úbytok napätia, čo má za následok skutočný konečný pridaný k bráne na napätie je len 4,3 V. V tejto chvíli volíme nominálne hradlové napätie 4,5 V MOSFET na existenciu určitých rizík. Rovnaký problém sa vyskytuje pri použití 3V alebo iných nízkonapäťových zdrojov napájania. Dvojité napätie sa používa v niektorých riadiacich obvodoch, kde logická časť používa typické digitálne napätie 5V alebo 3,3V a výkonová časť používa 12V alebo dokonca vyššie. Tieto dve napätia sú spojené pomocou spoločnej zeme. To kladie požiadavku na použitie obvodu, ktorý umožňuje nízkonapäťovej strane efektívne riadiť MOSFET na vysokonapäťovej strane, zatiaľ čo MOSFET na vysokonapäťovej strane bude čeliť rovnakým problémom, ktoré sú uvedené v 1 a 2. Vo všetkých troch prípadoch Štruktúra totemu nemôže spĺňať požiadavky na výstup a zdá sa, že mnohé bežne dostupné integrované obvody MOSFET ovládača neobsahujú štruktúru obmedzujúcu napätie hradla. Vstupné napätie nie je pevná hodnota, mení sa v závislosti od času alebo iných faktorov. Táto zmena spôsobuje, že budiace napätie poskytované MOSFET obvodom PWM je nestabilné. Aby bol MOSFET bezpečný pred vysokým napätím hradla, mnohé MOSFETy majú vstavané regulátory napätia na násilné obmedzenie amplitúdy hradlového napätia.

V tomto prípade, keď dodávané napätie pohonu prekročí napätie regulátora, spôsobí to veľkú statickú spotrebu energie. Zároveň, ak jednoducho použijete princíp odporového deliča napätia na zníženie napätia brány, dôjde k relatívne vysoké vstupné napätie, MOSFET funguje dobre, zatiaľ čo vstupné napätie je znížené, keď napätie hradla nie je dostatočné na to, aby spôsobilo nedostatočne úplné vedenie, čím sa zvyšuje spotreba energie.

Relatívne bežný obvod je tu iba pre obvod ovládača NMOS na vykonanie jednoduchej analýzy: Vl a Vh sú napájacie zdroje nižšej a vyššej kategórie, tieto dve napätia môžu byť rovnaké, ale Vl by nemalo prekročiť Vh. Q1 a Q2 tvoria obrátený totem, ktorý sa používa na dosiahnutie izolácie a zároveň na zabezpečenie toho, že dve budiace trubice Q3 a Q4 nebudú zapnuté súčasne. R2 a R3 poskytujú referenciu napätia PWM a zmenou tejto referencie môžete zabezpečiť, aby obvod dobre fungoval a napätie brány nestačí na dôkladné vedenie, čím sa zvyšuje spotreba energie. R2 a R3 poskytujú referenciu napätia PWM, zmenou tejto referencie môžete nechať obvod pracovať v tvare vlny PWM v relatívne strmej a priamej polohe. Q3 a Q4 sa používajú na zabezpečenie riadiaceho prúdu, vzhľadom na čas zapnutia, Q3 a Q4 vzhľadom na Vh a GND predstavujú len minimálny pokles napätia Vce, tento pokles napätia je zvyčajne len 0,3 V alebo tak, oveľa nižší ako 0,7V Vce R5 a R6 sú spätnoväzbové odpory na vzorkovanie napätia hradla, po vzorkovaní napätia sa napätie hradla použije ako spätnoväzbový odpor k napätiu hradla a napätie vzorky sa použije na hradlo napätie. R5 a R6 sú spätnoväzbové odpory používané na vzorkovanie napätia hradla, ktoré potom prechádza cez Q5, aby sa vytvorila silná negatívna spätná väzba na základniach Q1 a Q2, čím sa napätie hradla obmedzí na konečnú hodnotu. Túto hodnotu je možné upraviť pomocou R5 a R6. Nakoniec R1 poskytuje obmedzenie základného prúdu na Q3 a Q4 a R4 poskytuje obmedzenie hradlového prúdu pre MOSFET, čo je obmedzenie ľadu Q3Q4. V prípade potreby je možné nad R4 zapojiť paralelne urýchľovací kondenzátor.                                         

Pri navrhovaní prenosných zariadení a bezdrôtových produktov sú dva problémy, ktorým musia dizajnéri čeliť, zlepšenie výkonu produktu a predĺženie prevádzkového času batérie. Meniče DC-DC majú výhody vysokej účinnosti, vysokého výstupného prúdu a nízkeho pokojového prúdu, ktoré sú veľmi vhodné na napájanie prenosných zariadení. zariadení.

DC-DC meniče majú výhody vysokej účinnosti, vysokého výstupného prúdu a nízkeho pokojového prúdu, ktoré sú veľmi vhodné pre napájanie prenosných zariadení. V súčasnosti medzi hlavné trendy vo vývoji technológie konštrukcie meničov DC-DC patria: vysokofrekvenčná technológia: so zvýšením spínacej frekvencie sa zmenšuje aj veľkosť spínacieho meniča, výrazne sa zvýšila hustota výkonu a dynamická odozva sa zlepšila. Malý

Frekvencia spínania výkonového DC-DC meniča stúpne na úroveň megahertzov. Technológia nízkeho výstupného napätia: S neustálym vývojom technológie výroby polovodičov sa prevádzkové napätie mikroprocesorov a prenosných elektronických zariadení znižuje a znižuje, čo si vyžaduje budúci DC-DC konvertor, ktorý môže poskytnúť nízke výstupné napätie na prispôsobenie sa mikroprocesoru a prenosnému elektronickému zariadeniu, ktoré vyžaduje budúci DC-DC konvertor môže poskytnúť nízke výstupné napätie na prispôsobenie sa mikroprocesoru.

Dostatočné na zabezpečenie nízkeho výstupného napätia na prispôsobenie sa mikroprocesorom a prenosným elektronickým zariadeniam. Tento technologický vývoj kladie vyššie požiadavky na návrh obvodov napájacích čipov. V prvom rade so zvyšujúcou sa frekvenciou spínania sa zvyšuje výkon spínacích komponentov

Vysoké požiadavky na výkon spínacieho prvku a musí mať zodpovedajúci obvod pohonu spínacieho prvku, aby sa zabezpečilo, že spínací prvok v spínacej frekvencii až po megahertzovú úroveň normálnej prevádzky. Po druhé, v prípade prenosných elektronických zariadení napájaných z batérií je prevádzkové napätie obvodu nízke (napríklad v prípade lítiových batérií).

Lítiové batérie, napríklad prevádzkové napätie 2,5 ~ 3,6 V), teda napájací čip pre nižšie napätie.

MOSFET má veľmi nízky odpor pri zapnutí, nízku spotrebu energie, v súčasnom populárnom vysokoúčinnom DC-DC čipe viac MOSFET ako vypínač. Avšak kvôli veľkej parazitnej kapacite MOSFETov. To kladie vyššie požiadavky na návrh budiacich obvodov spínacích elektrónok pre návrh vysokofrekvenčných DC-DC meničov. Existujú rôzne CMOS, BiCMOS logické obvody využívajúce bootstrap boost štruktúru a budiace obvody ako veľké kapacitné záťaže v nízkonapäťovom ULSI dizajne. Tieto obvody sú schopné správne pracovať v podmienkach napájacieho napätia menšieho ako 1V a môžu pracovať v podmienkach záťažovej kapacity 1 ~ 2pF frekvencia môže dosiahnuť desiatky megabitov alebo dokonca stovky megahertzov. V tomto dokumente sa zosilňovací obvod zavádzacieho obvodu používa na navrhnutie schopnosti pohonu s veľkou záťažou, ktorá je vhodná pre nízkonapäťový a vysoko spínaný zosilňovací obvod meniča DC-DC. Nízke napätie a PWM na pohon špičkových MOSFETov. signál PWM s malou amplitúdou na riadenie požiadaviek na vysoké hradlové napätie MOSFETov.