Circuito controlador MOSFET de paquete grande

En primeiro lugar, o tipo e estrutura MOSFET,MOSFETé un FET (outro é JFET), pódese fabricar en tipo mellorado ou de esgotamento, canle P ou canle N un total de catro tipos, pero a aplicación real só de MOSFET de canle N mellorado e MOSFET de canle P mellorado, polo que normalmente denominado NMOS ou PMOS refírese a estes dous tipos. Para estes dous tipos de MOSFET mellorados, o máis usado é NMOS, a razón é que a resistencia á activación é pequena e fácil de fabricar. Polo tanto, o NMOS úsase xeralmente en aplicacións de fonte de alimentación conmutada e accionamento de motor.

Na seguinte introdución, a maioría dos casos están dominados por NMOS. existe unha capacitancia parasitaria entre os tres pinos do MOSFET, unha característica que non é necesaria pero que xorde debido ás limitacións do proceso de fabricación. A presenza de capacitancia parasitaria fai que sexa un pouco complicado deseñar ou seleccionar un circuíto de controlador. Hai un díodo parasito entre o sumidoiro e a fonte. Isto chámase díodo corporal e é importante na conducción de cargas indutivas como os motores. Por certo, o díodo do corpo só está presente nos MOSFET individuais e normalmente non está presente dentro dun chip IC.

MOSFETperda de tubo de conmutación, xa sexa NMOS ou PMOS, despois de que exista a condución da resistencia activa, polo que a corrente consumirá enerxía nesta resistencia, esta parte da enerxía consumida chámase perda de condución. A selección de MOSFET con baixa resistencia reducirá a perda de resistencia. Hoxe en día, a resistencia de activación dos MOSFET de baixa potencia é xeralmente ao redor de decenas de miliohmios, e tamén están dispoñibles algúns miliohmios. Os MOSFET non deben completarse nun instante cando están acesos e apagados. Hai un proceso de diminución da tensión en os dous extremos do MOSFET, e hai un proceso de aumento da corrente que circula por el. Durante este período de tempo, a perda de MOSFET é o produto da tensión e a corrente, que se denomina perda de conmutación. Normalmente a perda de conmutación é moito maior que a perda de condución, e canto máis rápida sexa a frecuencia de conmutación, maior será a perda. O produto da tensión e da corrente no instante da condución é moi grande, o que produce grandes perdas. Acurtar o tempo de conmutación reduce a perda en cada condución; reducindo a frecuencia de conmutación reduce o número de conmutadores por unidade de tempo. Ambos métodos reducen as perdas de conmutación.

En comparación cos transistores bipolares, en xeral crese que non se precisa corrente para facer aMOSFETconduta, sempre que a tensión GS sexa superior a un determinado valor. Isto é fácil de facer, pero tamén necesitamos velocidade. Como podes ver na estrutura do MOSFET, hai unha capacitancia parasitaria entre GS, GD e a condución do MOSFET é, en efecto, a carga e descarga da capacitancia. A carga do capacitor require unha corrente, porque a carga do capacitor instantáneamente pode verse como un curtocircuíto, polo que a corrente instantánea será maior. O primeiro que hai que ter en conta ao seleccionar/deseñar un controlador MOSFET é o tamaño da corrente de curtocircuíto instantánea que se pode proporcionar.

A segunda cousa que hai que ter en conta é que, xeralmente usado na unidade NMOS de gama alta, a tensión da porta a tempo debe ser maior que a tensión da fonte. Unidade MOSFET de gama alta na tensión de orixe e tensión de drenaxe (VCC) o mesmo, entón a tensión de porta que o VCC 4V ou 10V. se no mesmo sistema, para obter unha tensión maior que o VCC, necesitamos especializarnos no circuíto boost. Moitos controladores de motores teñen bombas de carga integradas, é importante ter en conta que debes escoller a capacitancia externa adecuada para obter corrente de curtocircuíto suficiente para impulsar o MOSFET. 4V ou 10V é o MOSFET comúnmente usado en tensión, o deseño, por suposto, cómpre ter unha certa marxe. Canto maior sexa a tensión, máis rápida será a velocidade do estado de activación e menor será a resistencia do estado de conexión. Agora tamén hai MOSFET de tensión de estado máis pequenos usados ​​en diferentes campos, pero no sistema electrónico de automóbiles de 12 V, xeralmente é suficiente o estado de 4 V. A característica máis notable dos MOSFET son as características de conmutación do ben, polo que é amplamente utilizado no necesidade de circuítos de conmutación electrónicos, como fonte de alimentación de conmutación e accionamento do motor, pero tamén atenuación da iluminación. Conducir significa actuar como un interruptor, o que equivale a un peche de interruptor. Características NMOS, Vgs superiores a un determinado valor conducirán, axeitado para o seu uso no caso de que a fonte estea conectada a terra (unidade de gama baixa), sempre que a porta Tensión de 4V ou 10V.PMOS características, Vgs menor que un determinado valor conducirá, axeitado para o seu uso no caso de que a fonte está conectada ao VCC (unidade de gama alta). Non obstante, aínda que o PMOS se pode usar facilmente como controlador de gama alta, NMOS adoita usarse en controladores de gama alta debido á gran resistencia, prezo elevado e poucos tipos de substitución.

Agora, o MOSFET unidade aplicacións de baixa tensión, cando o uso de fonte de alimentación de 5 V, esta vez se usa a estrutura tradicional tótem, debido ao transistor ser preto de 0,7 V caída de tensión, o que resulta no final real engadido á porta no A tensión é só 4,3 V. Neste momento, escollemos a tensión de porta nominal de 4,5 V do MOSFET sobre a existencia de certos riscos. O mesmo problema ocorre no uso de 3V ou noutras ocasións de fonte de enerxía de baixa tensión. A tensión dual úsase nalgúns circuítos de control onde a sección lóxica usa unha tensión dixital típica de 5V ou 3,3V e a sección de potencia usa 12V ou incluso superior. As dúas tensións están conectadas mediante unha masa común. Isto obriga a utilizar un circuíto que permita que o lado de baixa tensión controle eficazmente o MOSFET no lado de alta tensión, mentres que o MOSFET do lado de alta tensión enfrontarase aos mesmos problemas mencionados en 1 e 2. Nos tres casos, o A estrutura do tótem non pode cumprir os requisitos de saída, e moitos CI controladores MOSFET dispoñibles non parecen incluír unha estrutura de limitación de voltaxe de porta. A tensión de entrada non é un valor fixo, varía co tempo ou outros factores. Esta variación fai que a tensión de unidade proporcionada ao MOSFET polo circuíto PWM sexa inestable. Para protexer o MOSFET de altas tensións de porta, moitos MOSFET teñen reguladores de voltaxe integrados para limitar forzadamente a amplitude da tensión de porta.

Neste caso, cando a tensión de accionamento proporcionada supera a tensión do regulador, provocará un gran consumo de enerxía estática. Ao mesmo tempo, se simplemente usa o principio do divisor de tensión da resistencia para reducir a tensión da porta, haberá un alta tensión de entrada, o MOSFET funciona ben, mentres que a tensión de entrada redúcese cando a tensión da porta é insuficiente para provocar unha condución insuficientemente completa, aumentando así o consumo de enerxía.

Circuíto relativamente común aquí só para que o circuíto de controlador NMOS faga unha análise sinxela: Vl e Vh son a fonte de alimentación de gama baixa e alta, respectivamente, as dúas tensións poden ser iguais, pero Vl non debe exceder Vh. Q1 e Q2 forman un tótem invertido, usado para lograr o illamento e, ao mesmo tempo, para garantir que os dous tubos de condución Q3 e Q4 non estean acesos ao mesmo tempo. R2 e R3 proporcionan a referencia de tensión PWM e, cambiando esta referencia, pode facer que o circuíto funcione ben e a tensión da porta non é suficiente para provocar unha condución completa, aumentando así o consumo de enerxía. R2 e R3 proporcionan a referencia de tensión PWM, ao cambiar esta referencia, podes deixar que o circuíto funcione na forma de onda do sinal PWM é relativamente inclinada e en posición recta. Q3 e Q4 utilízanse para proporcionar a corrente de unidade, debido ao tempo de activación, Q3 e Q4 en relación ao Vh e GND son só un mínimo dunha caída de tensión Vce, esta caída de tensión adoita ser só de 0,3 V aproximadamente, moito máis baixa de 0,7 V Vce R5 e R6 son resistencias de realimentación para a mostraxe de tensión da porta, despois de tomar a mostra da tensión, a tensión da porta úsase como unha resistencia de realimentación para a porta. tensión, e a tensión da mostra úsase para a tensión de porta. R5 e R6 son resistencias de retroalimentación que se usan para mostrar a tensión da porta, que despois pasa a través de Q5 para crear unha forte retroalimentación negativa nas bases de Q1 e Q2, limitando así a tensión da porta a un valor finito. Este valor pódese axustar mediante R5 e R6. Finalmente, R1 proporciona a limitación da corrente base a Q3 e Q4, e R4 proporciona a limitación da corrente de porta aos MOSFET, que é a limitación do Ice de Q3Q4. Pódese conectar un condensador de aceleración en paralelo por riba de R4 se é necesario.                                         

Ao deseñar dispositivos portátiles e produtos sen fíos, mellorar o rendemento do produto e ampliar o tempo de funcionamento da batería son dous problemas aos que deben enfrontarse os deseñadores. Os conversores DC-DC teñen as vantaxes de alta eficiencia, alta corrente de saída e baixa corrente de reposo, que son moi axeitados para alimentar portátiles. dispositivos.

Os conversores DC-DC teñen as vantaxes de alta eficiencia, alta corrente de saída e baixa corrente de reposo, que son moi axeitados para alimentar dispositivos portátiles. Actualmente, as principais tendencias no desenvolvemento da tecnoloxía de deseño do conversor DC-DC inclúen: tecnoloxía de alta frecuencia: co aumento da frecuencia de conmutación, o tamaño do conversor de conmutación tamén se reduce, a densidade de potencia aumentou significativamente e a dinámica dinámica. mellorouse a resposta. Pequeno

A frecuencia de conmutación do conversor DC-DC aumentará ata o nivel de megahercios. Tecnoloxía de baixa tensión de saída: co desenvolvemento continuo da tecnoloxía de fabricación de semicondutores, a tensión de funcionamento dos microprocesadores e equipos electrónicos portátiles é cada vez máis baixa, o que require que o futuro conversor DC-DC poida proporcionar baixa tensión de saída para adaptarse ao microprocesador e aos equipos electrónicos portátiles. require futuro conversor DC-DC pode proporcionar baixa tensión de saída para adaptarse ao microprocesador.

Suficiente para proporcionar baixa tensión de saída para adaptarse a microprocesadores e equipos electrónicos portátiles. Estes desenvolvementos tecnolóxicos presentan requisitos máis elevados para o deseño de circuítos de chip de fonte de alimentación. En primeiro lugar, co aumento da frecuencia de conmutación, proponse o rendemento dos compoñentes de conmutación

Altos requisitos para o rendemento do elemento de conmutación, e debe ter o correspondente circuíto de unidade de elemento de conmutación para garantir que o elemento de conmutación na frecuencia de conmutación ata o nivel de megahercios de funcionamento normal. En segundo lugar, para dispositivos electrónicos portátiles alimentados por batería, a tensión de funcionamento do circuíto é baixa (no caso das baterías de litio, por exemplo).

Baterías de litio, por exemplo, a tensión de funcionamento de 2,5 ~ 3,6 V), polo que o chip de fonte de alimentación para a tensión máis baixa.

MOSFET ten unha resistencia moi baixa, baixo consumo de enerxía, no actual popular chip DC-DC de alta eficiencia máis MOSFET como interruptor de alimentación. Non obstante, debido á gran capacidade parasitaria dos MOSFET. Isto impón requisitos máis elevados ao deseño de circuítos de condución de tubos de conmutación para o deseño de conversores DC-DC de alta frecuencia de funcionamento. Existen varios circuítos lóxicos CMOS e BiCMOS que utilizan unha estrutura de impulso de arranque e circuítos de controlador como grandes cargas capacitivas no deseño ULSI de baixa tensión. Estes circuítos son capaces de funcionar correctamente en condicións de subministración de tensión inferior a 1V, e poden funcionar en condicións de capacidade de carga 1 ~ 2pF frecuencia pode alcanzar decenas de megabits ou mesmo centos de megahercios. Neste documento, o circuíto de impulso de arranque utilízase para deseñar unha capacidade de accionamento de gran capacidade de carga, axeitado para circuíto de accionamento do conversor DC-DC de alta frecuencia de conmutación e baixa tensión. Tensión de gama baixa e PWM para impulsar MOSFET de gama alta. Sinal PWM de pequena amplitude para controlar os requisitos de alta tensión de porta dos MOSFET.