MOSFET orijinal konesans debaz ak aplikasyon

Kòm pou poukisa mòd appauvrissementMOSFET yoyo pa itilize, li pa rekòmande pou ale nan pati anba a nan li.

Pou de MOSFET amelyorasyon-mòd sa yo, NMOS se pi souvan itilize. Rezon ki fè la se ke sou-rezistans la se ti ak fasil fabrike. Se poutèt sa, NMOS jeneralman itilize nan chanje ekipman pou pouvwa ak aplikasyon pou kondwi motè. Nan entwodiksyon sa a, NMOS se sitou itilize.

Gen yon kapasite parazit ant twa broch MOSFET la. Sa a se pa sa nou bezwen, men se ki te koze pa limit pwosesis fabrikasyon. Egzistans nan kapasite parazit fè li plis anbarasman lè konsepsyon oswa chwazi yon sikwi kondwi, men pa gen okenn fason pou fè pou evite li. Nou pral prezante li an detay pita.

Gen yon dyòd parazit ant drenaj la ak sous. Yo rele sa dyòd kò a. Dyòd sa a trè enpòtan lè wap kondwi charj endiktif (tankou motè). By wout la, Dyòd kò a sèlman egziste nan yon sèl MOSFET epi anjeneral pa jwenn andedan yon chip sikwi entegre.

2. MOSFET kondiksyon karakteristik

Konduit vle di aji kòm yon switch, ki ekivalan a switch la fèmen.

Karakteristik NMOS se ke li pral limen lè Vgs pi gran pase yon sèten valè. Li apwopriye pou itilize lè sous la chita (kondwi ki ba), osi lontan ke vòltaj pòtay la rive nan 4V oswa 10V.

Karakteristik PMOS yo se ke li pral vire sou lè Vgs se mwens pase yon valè sèten, ki se apwopriye pou sitiyasyon kote sous la konekte ak VCC (wo fen kondwi). Sepandan, byenkePMOSka fasil itilize kòm yon chofè-wo fen, NMOS anjeneral yo itilize nan-wo fen chofè akòz gwo sou-rezistans, gwo pri, ak kèk kalite ranplasman.

3. MOS switch tib pèt

Kit li se NMOS oswa PMOS, gen yon rezistans apre li se limen, kidonk aktyèl la pral konsome enèji sou rezistans sa a. Pati sa a nan enèji konsome yo rele pèt kondiksyon. Chwazi yon MOSFET ak yon ti rezistans sou-ap diminye pèt kondiksyon. MOSFET ba-pouvwa jodi a sou-rezistans se jeneralman alantou dè dizèn de miliohms, e gen tou plizyè miliohms.

Lè MOSFET la vire sou ak koupe, li pa dwe ranpli imedyatman. Vòltaj la atravè MOS la gen yon pwosesis diminye, ak aktyèl la ap koule tankou dlo gen yon pwosesis ogmante. Pandan peryòd sa a, laMOSFET yopèt se pwodwi vòltaj ak aktyèl, ki rele pèt switching. Anjeneral pèt chanje yo pi gwo pase pèt kondiksyon, ak pi vit frekans nan chanje, se pi gwo pèt yo.

Pwodwi vòltaj ak aktyèl la nan moman kondiksyon se gwo anpil, sa ki lakòz gwo pèt. Mantèg tan an chanje ka diminye pèt la pandan chak kondiksyon; diminye frekans nan chanje ka diminye kantite switch pou chak inite tan. Tou de metòd yo ka diminye pèt chanje.

Ond lan lè MOSFET la vire sou. Li ka wè ke pwodwi a nan vòltaj ak aktyèl nan moman sa a nan kondiksyon se gwo anpil, ak pèt ki te koze a se tou gwo. Diminye tan an chanje ka diminye pèt la pandan chak kondiksyon; diminye frekans nan chanje ka diminye kantite switch pou chak inite tan. Tou de metòd yo ka diminye pèt pou chanje.

4. MOSFET chofè

Konpare ak tranzistò bipolè, li jeneralman kwè ke pa gen okenn aktyèl oblije vire sou yon MOSFET, osi lontan ke vòltaj la GS pi wo pase yon valè sèten. Sa a se fasil fè, men nou bezwen tou vitès.

Li ka wè nan estrikti MOSFET la ke gen yon kapasite parazit ant GS ak GD, ak kondwi MOSFET la se aktyèlman chaj la ak egzeyat nan kondansateur la. Chaje kondansateur a mande pou yon kouran, paske kondansateur a ka konsidere kòm yon kous kout nan moman sa a nan chaje, kidonk aktyèl la enstantane pral relativman gwo. Premye bagay ou dwe peye atansyon a lè w ap chwazi/desine yon chofè MOSFET se kantite kouran enstantane kout-sikwi li ka bay. ,

Dezyèm bagay ou dwe sonje se ke NMOS, ki souvan itilize pou kondwi-wo fen, bezwen vòltaj pòtay la pi gran pase vòltaj sous la lè limen. Lè MOSFET ki kondwi wo-bò limen, vòltaj sous la se menm ak vòltaj drenaj la (VCC), kidonk vòltaj pòtay la se 4V oswa 10V pi gran pase VCC nan moman sa a. Si ou vle jwenn yon vòltaj ki pi gwo pase VCC nan menm sistèm nan, ou bezwen yon kous espesyal ranfòse. Anpil chofè motè gen ponp chaj entegre. Li ta dwe remake ke yo ta dwe chwazi yon kondansateur ekstèn apwopriye pou jwenn ase kout-sikwi aktyèl pou kondwi MOSFET la.

4V oswa 10V mansyone pi wo a se vòltaj la vire nan MOSFET yo souvan itilize, ak nan kou yon sèten maj bezwen yo dwe pèmèt pandan konsepsyon. Ak pi wo vòltaj la, pi vit vitès kondiksyon an ak pi piti rezistans kondiksyon an. Koulye a, gen MOSFET ak pi piti vòltaj kondiksyon yo itilize nan diferan jaden, men nan 12V sistèm elektwonik otomobil, jeneralman 4V kondiksyon se ase.

Pou sikwi chofè MOSFET la ak pèt li yo, tanpri al gade nan Microchip AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs. Li trè detaye, kidonk mwen pa pral ekri plis.

Pwodwi vòltaj ak aktyèl la nan moman kondiksyon se gwo anpil, sa ki lakòz gwo pèt. Diminye tan an chanje ka diminye pèt la pandan chak kondiksyon; diminye frekans nan chanje ka diminye kantite switch pou chak inite tan. Tou de metòd yo ka diminye pèt chanje.

MOSFET se yon kalite FET (lòt la se JFET). Li ka fè nan mòd amelyorasyon oswa mòd rediksyon, P-chanèl oswa N-chanèl, yon total de 4 kalite. Sepandan, sèlman amelyorasyon-mòd N-chanèl MOSFET aktyèlman itilize. ak amelyorasyon-kalite P-chanèl MOSFET, kidonk NMOS oswa PMOS anjeneral refere a de kalite sa yo.

5. sikwi aplikasyon MOSFET?

Karakteristik ki pi enpòtan nan MOSFET se bon karakteristik chanje li yo, kidonk li se lajman ki itilize nan sikui ki mande pou switch elektwonik, tankou ekipman pou chanje pouvwa ak kondui motè, osi byen ke gradyasyon ekleraj.

Chofè MOSFET jodi a gen plizyè kondisyon espesyal:

1. Aplikasyon vòltaj ba

Lè w ap itilize yon ekipman pou pouvwa 5V, si yo itilize yon estrikti tradisyonèl totèm poto nan moman sa a, depi tranzistò a gen yon gout vòltaj apeprè 0.7V, aktyèl vòltaj final la aplike nan pòtay la se sèlman 4.3V. Nan moman sa a, nou chwazi pouvwa pòtay nominal la

Gen yon sèten risk lè w ap itilize yon MOSFET 4.5V. Pwoblèm nan menm rive tou lè w ap itilize 3V oswa lòt ekipman pou pouvwa ba-vòltaj.

2. Aplikasyon vòltaj lajè

D' vòltaj la se pa yon valè fiks, li pwal chanje ak tan oswa lòt faktè. Chanjman sa a lakòz vòltaj kondwi ki bay nan sikwi PWM MOSFET la enstab.

Yo nan lòd yo fè MOSFET yo an sekirite anba vòltaj pòtay segondè, anpil MOSFET yo gen regilatè vòltaj bati-an fòs limite anplitid la nan vòltaj la pòtay. Nan ka sa a, lè vòltaj la kondwi bay depase vòltaj la nan tib regilatè vòltaj la, li pral lakòz gwo konsomasyon pouvwa estatik.

An menm tan an, si ou tou senpleman itilize prensip la nan divizyon vòltaj rezistans diminye vòltaj la pòtay, MOSFET a ap travay byen lè vòltaj la opinyon se relativman wo, men lè vòltaj la antre redwi, vòltaj la pòtay yo pral ensifizan, sa ki lakòz. kondiksyon enkonplè, kidonk ogmante konsomasyon pouvwa.

3. Doub aplikasyon vòltaj

Nan kèk sikui kontwòl, pati lojik la itilize yon vòltaj dijital tipik 5V oswa 3.3V, pandan y ap pati pouvwa a sèvi ak yon vòltaj 12V oswa menm pi wo. De vòltaj yo konekte ak yon tè komen.

Sa a ogmante yon egzijans yo sèvi ak yon kous pou ke bò a ba-vòltaj ka efektivman kontwole MOSFET a sou bò a wo-vòltaj. An menm tan an, MOSFET sou bò segondè-vòltaj la ap tou fè fas a pwoblèm ki mansyone nan 1 ak 2.

Nan twa ka sa yo, estrikti totèm poto a pa ka satisfè kondisyon pwodiksyon an, ak anpil IC chofè MOSFET ki pa nan etajè yo pa sanble gen ladan estrikti limite vòltaj pòtay.

Se konsa, mwen te fèt yon sikwi relativman jeneral pou satisfè twa bezwen sa yo.

Sikwi chofè pou NMOS

Isit la mwen pral sèlman fè yon analiz senp nan kous la chofè NMOS:

Vl ak Vh se ekipman pou pouvwa ba-fen ak-wo fen respektivman. De vòltaj yo ka menm, men Vl pa ta dwe depase Vh.

Q1 ak Q2 fòme yon poto totèm Envèse pou reyalize izolasyon pandan y ap asire ke de tib chofè Q3 ak Q4 pa limen an menm tan.

R2 ak R3 bay referans vòltaj PWM. Lè w chanje referans sa a, sikwi a ka opere nan yon pozisyon kote fòm vag siyal PWM a relativman apik.

Q3 ak Q4 yo itilize pou bay aktyèl kondwi. Lè yo vire sou, Q3 ak Q4 sèlman gen yon gout vòltaj minimòm de Vce parapò ak Vh ak GND. Gout vòltaj sa a anjeneral sèlman sou 0.3V, ki se pi ba anpil pase Vce a nan 0.7V.

R5 ak R6 se rezistans fidbak, yo itilize pou echantiyon vòltaj pòtay la. Vòltaj echantiyon an jenere yon fidbak negatif fò nan baz Q1 ak Q2 jiska Q5, kidonk limite vòltaj pòtay la nan yon valè limite. Valè sa a ka ajiste atravè R5 ak R6.

Finalman, R1 bay limit aktyèl la baz pou Q3 ak Q4, ak R4 bay limit aktyèl la pòtay pou MOSFET la, ki se limit la nan glas la nan Q3 ak Q4. Si sa nesesè, yon kondansateur akselerasyon ka konekte nan paralèl ak R4.

Sikwi sa a bay karakteristik sa yo:

1. Sèvi ak vòltaj ki ba-bò ak PWM pou kondwi MOSFET segondè-bò a.

2. Sèvi ak yon ti siyal PWM anplitid pou kondwi yon MOSFET ak kondisyon vòltaj pòtay segondè.

3. Limit pik nan vòltaj pòtay

4. Antre ak pwodiksyon limit aktyèl

5. Lè w sèvi ak rezistans apwopriye, yo ka reyalize konsomasyon pouvwa ki ba anpil.

6. Siyal PWM a envèse. NMOS pa bezwen karakteristik sa a epi yo ka rezoud lè w mete yon varyateur devan.

Lè konsepsyon aparèy pòtab ak pwodwi san fil, amelyore pèfòmans pwodwi ak pwolonje lavi batri yo se de pwoblèm konsèpteur yo bezwen fè fas a. DC-DC konvètisè yo gen avantaj ki genyen nan efikasite segondè, gwo pwodiksyon aktyèl, ak ba kouran kiesan, fè yo trè apwopriye pou alimante aparèy pòtab. Kounye a, tandans prensipal yo nan devlopman teknoloji DC-DC konvètisè konsepsyon yo se: (1) Teknoloji segondè-frekans: Kòm frekans nan chanje ogmante, gwosè a nan konvètisè a chanje tou redwi, dansite pouvwa a ogmante tou anpil, epi repons dinamik amelyore. . Frekans chanjman nan konvètisè DC-DC ki ba-pouvwa ap monte nan nivo megahertz la. (2) Teknoloji vòltaj pwodiksyon ki ba: Avèk devlopman kontinyèl nan teknoloji fabrikasyon semi-conducteurs, vòltaj fonksyònman mikwo-pwosesè ak aparèy elektwonik pòtab ap vin pi ba ak pi ba, ki mande pou fiti konvètisè DC-DC bay vòltaj pwodiksyon ki ba pou adapte yo ak mikwo-pwosesè. kondisyon pou processeurs ak aparèy elektwonik pòtab.

Devlopman teknoloji sa yo mete pi wo kondisyon pou konsepsyon sikui pouvwa chip yo. Premye a tout, kòm frekans nan chanje ap kontinye ogmante, kondisyon segondè yo mete sou pèfòmans nan eleman chanje. An menm tan an, yo dwe bay sikui kondwi eleman switch korespondan pou asire ke eleman switch yo travay nòmalman nan switch frekans jiska MHz. Dezyèmman, pou aparèy elektwonik pòtab ki mache ak pil, vòltaj k ap travay nan kous la ba (pran pil ityòm kòm egzanp, vòltaj k ap travay la se 2.5 ~ 3.6V), Se poutèt sa, vòltaj k ap travay nan chip pouvwa a ba.

MOSFET gen trè ba sou-rezistans ak konsome enèji ki ba. MOSFET se souvan itilize kòm yon switch pouvwa nan kounye a popilè wo-efikasite DC-DC chips. Sepandan, akòz gwo kapasite parazit MOSFET la, kapasite pòtay NMOS tib switching jeneralman osi wo ke dè dizèn de picofarads. Sa a mete pi wo kondisyon pou konsepsyon de frekans opere segondè DC-DC konvètisè chanje tib kondwi sikwi.

Nan desen ULSI ba-vòltaj, gen yon varyete sikui lojik CMOS ak BiCMOS ki itilize estrikti bootstrap ranfòse ak sikui kondwi kòm gwo chaj kapasitif. Sikui sa yo ka opere nòmalman ak yon vòltaj ekipman pou pouvwa pi ba pase 1V, epi yo ka opere nan yon frekans nan dè dizèn de megahertz oswa menm dè santèn de megahertz ak yon kapasite chaj nan 1 a 2pF. Atik sa a sèvi ak yon sikwi ranfòse bootstrap pou desine yon sikwi kondwi ak kapasite kondwi gwo kapasite chaj ki apwopriye pou vòltaj ki ba, segondè konvètisè konvètisè DC-DC ogmantasyon frekans. Se sikwi a fèt ki baze sou pwosesis Samsung AHP615 BiCMOS ak verifye pa simulation Hspice. Lè vòltaj rezèv la se 1.5V ak kapasite chaj la se 60pF, frekans nan fonksyone ka rive jwenn plis pase 5MHz.

MOSFET chanje karakteristik

1. Karakteristik estatik

Kòm yon eleman chanje, MOSFET travay tou nan de eta: koupe oswa sou. Depi MOSFET se yon eleman vòltaj ki kontwole, eta k ap travay li yo sitou detèmine pa uGS vòltaj pòtay-sous la.

Karakteristik travay yo se jan sa a:

※ uGS＜Voltaj limen UT: MOSFET travay nan zòn nan koupe, drenaj-sous aktyèl iDS la se fondamantalman 0, vòltaj pwodiksyon uDS≈UDD, ak MOSFET la se nan eta a "off".

※ uGS>Turn-sou vòltaj UT: MOSFET travay nan rejyon an kondiksyon, drenaj-sous aktyèl iDS = UDD / (RD + rDS). Pami yo, rDS se rezistans drenaj-sous la lè MOSFET la vire sou. Vòltaj pwodiksyon UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), si rDS＜＜RD, uDS≈0V, MOSFET la nan eta "sou".

2. Karakteristik dinamik

MOSFET tou gen yon pwosesis tranzisyon lè chanje ant sou yo ak sou eta yo, men karakteristik dinamik li yo sitou depann sou tan ki nesesè yo chaje ak egzeyat kapasite nan pèdi ki gen rapò ak kous la, ak akimilasyon nan chaj ak egzeyat lè tib la tèt li se sou ak koupe. Tan dissipation a piti anpil.

Lè vòltaj D' ui a chanje de anwo nan syèl la pou ba ak MOSFET a chanje nan eta on pou eta off, ekipman pou pouvwa UDD chaje kapasite pèdi CL a RD, ak tan chaje konstan τ1 = RDCL. Se poutèt sa, vòltaj pwodiksyon uo a bezwen ale nan yon sèten reta anvan chanje soti nan nivo ki ba nan nivo segondè; lè vòltaj opinyon ui a chanje soti nan ba a segondè ak MOSFET a chanje soti nan eta a koupe nan eta a sou, chaj la sou kapasite pèdi CL a pase nan rDS Egzeyat rive ak yon tan egzeyat konstan τ2≈rDSCL. Li ka wè ke vòltaj pwodiksyon Uo tou bezwen yon sèten reta anvan li ka tranzisyon nan yon nivo ki ba. Men, paske rDS pi piti anpil pase RD, tan konvèsyon soti nan koupe nan kondiksyon se pi kout pase tan an konvèsyon soti nan kondiksyon nan koupe.

Depi rezistans drenaj-sous rDS MOSFET a lè li vire sou li pi gwo pase rezistans saturation rCES tranzistò a, ak rezistans drenaj ekstèn RD la pi gwo tou pase rezistans pèseptè RC tranzistò a, tan an chaje ak egzeyat. nan MOSFET la se pi long, ki fè MOSFET la Vitès chanjman an pi ba pase sa yo ki nan yon tranzistò. Sepandan, nan sikui CMOS, depi sikwi a chaje ak sikwi a dechaje yo tou de sikui ki ba-rezistans, pwosesis yo chaje ak dechaje yo relativman vit, sa ki lakòz yon vitès switch segondè pou sikwi CMOS la.