Үлкен пакет MOSFET драйвер тізбегі

Ең алдымен, MOSFET түрі мен құрылымы,MOSFETбұл FET (басқасы JFET), жақсартылған немесе сарқылу түрі, P-арнасы немесе N-арнасы барлығы төрт түрге шығарылуы мүмкін, бірақ тек N-арнасының жақсартылған MOSFET және жақсартылған P-арна MOSFET-терінің нақты қолданылуы, сондықтан әдетте NMOS немесе PMOS деп аталады, бұл екі түрге қатысты. Жетілдірілген MOSFET-тің осы екі түрі үшін көбінесе NMOS қолданылады, себебі қарсылық шағын және өндіруге оңай. Сондықтан, NMOS әдетте коммутациялық қуат көзі мен қозғалтқыш жетек қосымшаларында қолданылады.

Келесі кіріспеде істердің көпшілігінде NMOS басым. MOSFET үш істікшесі арасында паразиттік сыйымдылық бар, бұл функция қажет емес, бірақ өндіріс процесінің шектеулеріне байланысты пайда болады. Паразиттік сыйымдылықтың болуы драйвер тізбегін жобалауды немесе таңдауды біршама қиындатады. Дренаж мен көздің арасында паразиттік диод бар. Бұл корпус диоды деп аталады және қозғалтқыштар сияқты индуктивті жүктемелерді жүргізуде маңызды. Айтпақшы, дене диоды тек жеке MOSFET-де болады және әдетте IC чипінің ішінде болмайды.

MOSFETкоммутациялық түтіктің жоғалуы, ол NMOS немесе PMOS болсын, қосулы кедергіні өткізгеннен кейін, ток осы кедергіде энергияны тұтынады, тұтынылатын энергияның бұл бөлігі өткізгіштік жоғалту деп аталады. Төмен кедергісі бар MOSFETтерді таңдау қарсылық жоғалтуды азайтады. Қазіргі уақытта төмен қуатты MOSFET-тердің қосу кедергісі әдетте ондаған миллиом шамасында және бірнеше миллиомдар да бар. MOSFET-тер қосулы және өшірулі кезде бірден аяқталмауы керек. Мұнда кернеуді төмендету процесі бар MOSFET-тің екі ұшында және ол арқылы өтетін токтың ұлғаю процесі жүреді. Осы уақыт аралығында MOSFET жоғалады. ауысу шығыны деп аталатын кернеу мен токтың көбейтіндісі. Әдетте коммутациялық жоғалту өткізгіштік жоғалтудан әлдеқайда үлкен, ал коммутация жиілігі неғұрлым жылдам болса, жоғалту соғұрлым үлкен болады. Өткізу сәтіндегі кернеу мен токтың көбейтіндісі өте үлкен, нәтижесінде үлкен шығындар болады. Ауыстыру уақытын қысқарту әрбір өткізгіштегі шығынды азайтады; ауысу жиілігін азайту уақыт бірлігіндегі қосқыштар санын азайтады. Бұл екі тәсіл де коммутациялық шығындарды азайтады.

Биполярлы транзисторлармен салыстырғанда, әдетте a жасау үшін ток қажет емес деп есептеледіMOSFETGS кернеуі белгілі бір мәннен жоғары болғанша өткізеді. Мұны істеу оңай, дегенмен бізге жылдамдық қажет. MOSFET құрылымында көріп отырғаныңыздай, GS, GD арасында паразиттік сыйымдылық бар, ал MOSFET қозғау шын мәнінде сыйымдылықты зарядтау және разрядтау болып табылады. Конденсаторды зарядтау токты қажет етеді, өйткені конденсаторды бірден зарядтау қысқа тұйықталу ретінде көрінуі мүмкін, сондықтан лездік ток жоғары болады. MOSFET драйверін таңдау/жобалау кезінде ескеретін бірінші нәрсе - қамтамасыз етілуі мүмкін лездік қысқа тұйықталу тогының өлшемі.

Назар аударатын екінші нәрсе, әдетте жоғары деңгейлі NMOS дискісінде пайдаланылады, уақытында қақпа кернеуі бастапқы кернеуден жоғары болуы керек. Жоғары деңгейлі MOSFET жетегі көз кернеуі мен ағызу кернеуі (VCC) бірдей, сондықтан VCC 4V немесе 10V қарағанда қақпа кернеуі. егер бір жүйеде болса, VCC-ге қарағанда үлкен кернеуді алу үшін біз күшейту тізбегіне мамандануымыз керек. Көптеген мотор драйверлерінде біріктірілген заряд сорғылары бар, MOSFET жүргізу үшін жеткілікті қысқа тұйықталу тогын алу үшін сәйкес сыртқы сыйымдылықты таңдау керек екенін ескеру маңызды. 4V немесе 10V - кернеуде жиі қолданылатын MOSFET, дизайн, әрине, сізде белгілі бір маржа болуы керек. Кернеу неғұрлым жоғары болса, соғұрлым күйдегі жылдамдық соғұрлым жоғары болады және күйдегі кедергі соғұрлым төмен болады. Қазір әр түрлі салаларда қолданылатын кішігірім күйдегі кернеу MOSFET-тер де бар, бірақ 12 В автомобиль электроника жүйесінде әдетте 4 В күйде жеткілікті. MOSFET-тің ең көрнекті ерекшелігі тауардың коммутациялық сипаттамалары болып табылады, сондықтан ол кеңінен қолданылады. коммутациялық қуат көзі және қозғалтқыш жетегі сияқты электронды коммутациялық тізбектерге қажеттілік, сонымен қатар жарықтандырудың күңгірттенуі. Өткізгіштер коммутатор қызметін атқаратын, ол коммутаторды жабуға тең. NMOS сипаттамалары, белгілі бір мәннен жоғары Vgs өткізеді, көз жерге тұйықталған жағдайда (төменгі жетек), қақпаға дейін пайдалануға жарамды. 4V немесе 10V кернеуі.PMOS сипаттамалары, Vgs белгілі бір мәннен аз өткізеді, көз VCC (жоғары деңгейлі диск) қосылған жағдайда пайдалануға жарамды. Дегенмен, PMOS жоғары деңгейлі драйвер ретінде оңай пайдаланылуы мүмкін болса да, NMOS әдетте үлкен қарсылыққа, жоғары бағаға және бірнеше ауыстыру түрлеріне байланысты жоғары деңгейлі драйверлерде қолданылады.

Енді MOSFET төмен вольтты қосымшалар, 5 В қуат көзін пайдаланған кезде, бұл жолы дәстүрлі тотемдік полюс құрылымын пайдалансаңыз, транзисторға байланысты шамамен 0,7 В кернеудің төмендеуіне әкеледі, нәтижесінде қақпаға нақты соңғы қосылды. кернеу бар болғаны 4,3 В. Қазіргі уақытта біз белгілі бір қауіптердің болуы бойынша MOSFET 4,5 В номиналды қақпа кернеуін таңдаймыз. Дәл осындай мәселе 3V немесе басқа төмен вольтты қуат көзін пайдалану кезінде орын алады. Қос кернеу кейбір басқару тізбектерінде пайдаланылады, онда логикалық бөлім әдеттегі 5 В немесе 3,3 В цифрлық кернеуді, ал қуат бөлімі 12 В немесе одан да жоғары кернеуді пайдаланады. Екі кернеу жалпы жерге қосу арқылы қосылады. Бұл төмен кернеу жағына жоғары вольтты жағындағы MOSFET-ті тиімді басқаруға мүмкіндік беретін тізбекті пайдалану талабын қояды, ал жоғары кернеу жағындағы MOSFET 1 және 2-де айтылған мәселелерге тап болады. Барлық үш жағдайда да тотемдік полюстер құрылымы шығыс талаптарына жауап бере алмайды және көптеген дайын MOSFET драйверінің IC-лері кернеуді шектейтін құрылымды қамтымаған сияқты. Кіріс кернеуі тұрақты мән емес, ол уақытқа немесе басқа факторларға байланысты өзгереді. Бұл вариация PWM тізбегі арқылы MOSFET-ке берілген жетек кернеуінің тұрақсыз болуына әкеледі. MOSFET-ті жоғары қақпа кернеулерінен қауіпсіз ету үшін көптеген MOSFET-терде қақпа кернеуінің амплитудасын күшпен шектеу үшін кірістірілген кернеу реттегіштері бар.

Бұл жағдайда, берілген жетек кернеуі реттегіштің кернеуінен асып кетсе, ол үлкен статикалық қуат тұтынуды тудырады. Сонымен қатар, егер сіз тек резисторлық кернеуді бөлу принципін ысырма кернеуін азайту үшін қолдансаңыз, салыстырмалы түрде болады. кіріс кернеуі жоғары болса, MOSFET жақсы жұмыс істейді, ал кіріс кернеуі қақпа кернеуі жеткіліксіз толық өткізгіштікке әкелу үшін жеткіліксіз болған кезде төмендейді, осылайша қуат тұтынуды арттырады.

Қарапайым талдау жасау үшін мұнда тек NMOS драйвер тізбегі үшін салыстырмалы түрде кең таралған схема: Vl және Vh - төмен және жоғары деңгейлі қуат көзі, сәйкесінше екі кернеу бірдей болуы мүмкін, бірақ Vl Vh аспауы керек. Q1 және Q2 төңкерілген тотемдік полюсті құрайды, оқшаулауға қол жеткізу үшін және бір уақытта Q3 және Q4 екі драйвер түтіктерінің бір уақытта қосылмауын қамтамасыз ету үшін қолданылады. R2 және R3 PWM кернеуінің анықтамасын береді және осы анықтаманы өзгерту арқылы сіз схеманы жақсы жұмыс істей аласыз, ал қақпа кернеуі мұқият өткізгіштікке әкелу үшін жеткіліксіз, осылайша қуат тұтынуды арттырады. R2 және R3 PWM кернеуінің анықтамасын береді, осы анықтаманы өзгерту арқылы тізбектің PWM сигналының толқын пішінінде салыстырмалы түрде тік және түзу күйінде жұмыс істеуіне мүмкіндік бере аласыз. Q3 және Q4 жетек тоғын қамтамасыз ету үшін пайдаланылады, қосу уақытына байланысты, Vh және GND қатысты Q3 және Q4 Vce кернеуінің төмендеуінің ең азы ғана, бұл кернеудің төмендеуі әдетте тек 0,3 В немесе одан әлдеқайда төмен. 0,7В Vce R5 және R6 - ысырманың кернеуін таңдауға арналған кері байланыс резисторлары, кернеуді таңдағаннан кейін қақпаның кернеуі қақпаға кері резистор ретінде пайдаланылады. кернеу, ал үлгінің кернеуі қақпа кернеуіне қолданылады. R5 және R6 - кері байланыс резисторлары, содан кейін Q1 және Q2 негіздерінде күшті теріс кері байланыс жасау үшін Q5 арқылы өтеді, осылайша қақпа кернеуін соңғы мәнге дейін шектейді. Бұл мәнді R5 және R6 арқылы реттеуге болады. Соңында, R1 базалық токтың Q3 және Q4 шектеуін қамтамасыз етеді, ал R4 MOSFETs үшін қақпа тоғының шектеуін қамтамасыз етеді, бұл Q3Q4 мұзының шектеуі болып табылады. Қажет болса, жеделдету конденсаторын R4-тен жоғары параллель қосуға болады.                                         

Портативті құрылғылар мен сымсыз өнімдерді жобалау кезінде өнім өнімділігін арттыру және батареяның жұмыс уақытын ұзарту дизайнерлер алдында тұрған екі мәселе болып табылады. DC-DC түрлендіргіштерінің жоғары тиімділік, жоғары шығыс тогы және төмен тыныштық ток артықшылықтары бар, олар портативті қуаттандыруға өте қолайлы. құрылғылар.

Тұрақты ток түрлендіргіштері портативті құрылғыларды қуаттандыруға өте қолайлы жоғары тиімділік, жоғары шығыс ток және төмен тыныштық токтың артықшылықтарына ие. Қазіргі уақытта DC-DC түрлендіргіштерін жобалау технологиясының негізгі даму тенденцияларына мыналар жатады: жоғары жиілікті технология: коммутация жиілігінің ұлғаюымен коммутациялық түрлендіргіштің өлшемі де азаяды, қуат тығыздығы айтарлықтай өсті және динамикалық жауап беру жақсарды. Кішкентай

Тұрақты ток түрлендіргішінің ауысу жиілігі мегагерц деңгейіне дейін көтеріледі. Төмен шығыс кернеуінің технологиясы: Жартылай өткізгіштерді өндіру технологиясының үздіксіз дамуымен микропроцессорлар мен портативті электрондық жабдықтың жұмыс кернеуі төмендеп барады, бұл болашақ DC-DC түрлендіргішін микропроцессорға және портативті электронды жабдыққа бейімделу үшін төмен шығыс кернеуін қамтамасыз ете алатынын талап етеді. болашақ DC-DC түрлендіргіші микропроцессорға бейімделу үшін төмен шығыс кернеуін қамтамасыз ете алады.

Микропроцессорларға және портативті электрондық жабдыққа бейімделу үшін төмен шығыс кернеуін қамтамасыз ету жеткілікті. Бұл технологиялық әзірлемелер электрмен жабдықтау микросхемаларының схемаларын жобалауға жоғары талаптар қояды. Ең алдымен, коммутация жиілігінің жоғарылауымен коммутациялық компоненттердің өнімділігі алға қойылады

Коммутациялық элементтің өнімділігіне жоғары талаптар және коммутациялық элементтің қалыпты жұмысының мегагерц деңгейіне дейін коммутациялық жиілігін қамтамасыз ету үшін тиісті коммутациялық элемент жетек тізбегі болуы керек. Екіншіден, батареямен жұмыс істейтін портативті электрондық құрылғылар үшін тізбектің жұмыс кернеуі төмен (мысалы, литий батареялары жағдайында).

Литий батареялары, мысалы, жұмыс кернеуі 2,5 ~ 3,6 В), сондықтан төменгі кернеу үшін қуат көзінің чипі.

MOSFET өте төмен қарсылыққа ие, энергияны аз тұтыну, қазіргі танымал жоғары тиімді DC-DC чипінде қуат қосқышы ретінде көбірек MOSFET. Дегенмен, MOSFET-тің үлкен паразиттік сыйымдылығына байланысты. Бұл жоғары жұмыс жиілігін тұрақты ток түрлендіргіштерін жобалау үшін коммутациялық түтік жетектерінің схемаларын жобалауға жоғары талаптар қояды. Төмен вольтты ULSI дизайнында үлкен сыйымдылық жүктемелері ретінде жүктеуді күшейту құрылымын және драйвер тізбектерін пайдаланатын әртүрлі CMOS, BiCMOS логикалық схемалары бар. Бұл тізбектер 1В-тан аз кернеумен жабдықтау жағдайында дұрыс жұмыс істей алады және жүктеме сыйымдылығы 1 ~ 2pF жағдайында жұмыс істей алады жиілік ондаған мегабитке немесе тіпті жүздеген мегагерцке жетуі мүмкін. Бұл мақалада жүктеу жолағын күшейту тізбегі төмен вольтты, жоғары коммутациялық жиілікті күшейтетін DC-DC түрлендіргішінің жетек тізбегіне жарамды үлкен жүктеме сыйымдылығы жетек мүмкіндігін жобалау үшін пайдаланылады. Жоғары деңгейлі MOSFET-терді басқаруға арналған төменгі кернеу және PWM. MOSFET-тің жоғары қақпалық кернеу талаптарын басқару үшін шағын амплитудалық PWM сигналы.