MOSFET asyl esasy bilim we amaly

Tükenmek tertibi baradaMOSFETulanylmaýar, düýbüne girmek maslahat berilmeýär.

Bu iki güýçlendirme tertibi MOSFET-ler üçin NMOS has köp ulanylýar. Munuň sebäbi, garşylygy kiçi we öndürmek aňsat. Şonuň üçin NMOS, adatça, elektrik üpjünçiligini we hereketlendiriji programmalaryny çalşmakda ulanylýar. Aşakdaky girişde NMOS esasan ulanylýar.

MOSFET-iň üç çeňňeginiň arasynda parazit kuwwaty bar. Bu bize zerur zat däl, önümçilik prosesiniň çäklendirilmegi sebäpli ýüze çykýar. Parazit kuwwatynyň bolmagy, sürüjiniň zynjyryny dizaýn edeniňizde ýa-da saýlanyňyzda ony has kynlaşdyrýar, ýöne ondan gaça durmagyň mümkinçiligi ýok. Soňundan jikme-jik tanyşdyrarys.

Zeýkeş bilen çeşmäniň arasynda parazit diod bar. Bedeniň diody diýilýär. Induktiw ýükleri (hereketlendirijiler ýaly) süreniňizde bu diod örän möhümdir. Theeri gelende aýtsak, beden diody diňe bir MOSFET-de bar we adatça integral zynjyryň içinde tapylmaýar.

2. MOSFET geçirijilik aýratynlyklary

Geçirmek, wyklýuçateliň ýapylmagyna deň bolan wyklýuçatel hökmünde hereket etmegi aňladýar.

NMOS-yň häsiýetnamasy, Vgs belli bir bahadan uly bolanda açylýar. Derwezäniň naprýa 4eniýesi 4V ýa-da 10V ýetýänçä, çeşme toprakly (pes derejeli disk) ulanylanda amatlydyr.

PMOS-yň aýratynlyklary, çeşmäniň VCC (ýokary derejeli disk) birikdirilen ýagdaýlary üçin amatly Vgs belli bir bahadan pes bolanda açylýar. Şeýle-de bolsaPMOSýokary derejeli sürüji hökmünde aňsatlyk bilen ulanylyp bilner, NMOS adatça ýokary garşylykly, ýokary bahasy we az çalyşýan görnüşleri sebäpli ýokary derejeli sürüjilerde ulanylýar.

3. MOS wyklýuçatel turbasynyň ýitmegi

NMOS ýa-da PMOS bolsun, açylandan soň garşylyk bar, şonuň üçin tok bu garşylyk üçin energiýa sarp eder. Sarp edilýän energiýanyň bu bölegine geçiriji ýitgi diýilýär. Kiçijik garşylykly MOSFET saýlamak, geçirijilik ýitgilerini azaldar. Häzirki wagtda pes güýçli MOSFET garşylygy, adatça, onlarça milliohm töweregi, şeýle hem birnäçe milliohm bar.

MOSFET açylanda we ýapylanda, derrew gutarmaly däl. MOS-daky naprýa .eniýe peselýär we akýan tok artýar. Bu döwürdeMOSFETýitgi, wyklýuçateliň we tokyň önümidir, oňa kommutasiýa ýitgisi diýilýär. Adatça kommutasiýa ýitgileri geçiriji ýitgilerden has uly we kommutasiýa ýygylygy näçe çalt bolsa, ýitgiler şonça-da köp bolýar.

Geçirijilik pursatynda naprýa .eniýe we tok önümi gaty uly bolup, uly ýitgilere sebäp bolýar. Geçiş wagtyny gysgaltmak, her geçiriş wagtynda ýitgini azaldyp biler; kommutasiýa ýygylygyny azaltmak birlik wagty wyklýuçatelleriň sanyny azaldyp biler. Iki usul hem kommutasiýa ýitgilerini azaldyp biler.

MOSFET açylanda tolkun formasy. Geçirijilik pursatynda naprýa .eniýeniň we tokyň önüminiň gaty ulydygyny we çekilen ýitginiň hem gaty uludygyny görmek bolýar. Geçiş wagtyny gysgaltmak, her geçiriş wagtynda ýitgini azaldyp biler; kommutasiýa ýygylygyny azaltmak birlik wagty wyklýuçatelleriň sanyny azaldyp biler. Iki usul hem kommutasiýa ýitgilerini azaldyp biler.

4. MOSFET sürüjisi

Bipolýar tranzistorlar bilen deňeşdirilende, GS naprýa .eniýesi belli bir bahadan ýokary bolsa, MOSFET açmak üçin hiç bir tok talap edilmeýär diýip hasaplanýar. Muny etmek aňsat, ýöne bize tizlik hem gerek.

MOSFET-iň gurluşynda GS bilen GD arasynda parazit kuwwatynyň bardygyny görmek bolýar we MOSFET-iň hereket etmegi aslynda kondensatoryň zarýady we zarýadydyr. Kondensatoryň zarýadyny tok talap edýär, sebäbi kondensator zarýad berlen pursatda gysga utgaşma hökmünde kabul edilip bilner, şonuň üçin dessine tok birneme uly bolar. MOSFET sürüjisini saýlanyňyzda / dizaýn edeniňizde ilki bilen üns bermeli zadyňyz, üpjün edip biljek gysga gysga tok mukdarydyr. ?

Ikinji bellemeli zat, adatça ýokary derejeli sürmek üçin ulanylýan NMOS, açylanda derwezäniň naprýa .eniýesiniň çeşme naprýa .eniýesinden köp bolmagy zerur. Sideokarky hereketlendiriji MOSFET açylanda çeşme naprýa .eniýesi drena naprýa .eniýesi (VCC) bilen deňdir, şonuň üçin bu wagt derwezäniň naprýa .eniýesi VCC-den 4V ýa-da 10V ulydyr. Şol bir ulgamda VCC-den uly naprýa .eniýe almak isleseňiz, ýörite güýçlendiriji zynjyr gerek. Köp awtoulag sürüjileri zarýad nasoslaryny birleşdirdi. MOSFET-i sürmek üçin ýeterlik gysga utgaşdyryjy tok almak üçin degişli daşarky kondensatoryň saýlanmalydygyny bellemelidiris.

Aboveokarda agzalan 4V ýa-da 10V, köplenç ulanylýan MOSFET-leriň açyk naprýa .eniýesidir we dizaýn wagtynda elbetde belli bir marja rugsat berilmelidir. Naprýatageeniýe näçe ýokary bolsa, geçirijilik tizligi we geçirijilik garşylygy şonça-da az bolýar. Indi dürli ugurlarda ulanylýan kiçi geçiriji naprýa .eniýeleri bolan MOSFETler bar, ýöne 12V awtoulag elektron ulgamlarynda, umuman, 4V geçiriji ýeterlikdir.

MOSFET sürüjisi zynjyry we ýitgileri üçin Microchip-iň AN799 MOSFET sürüjilerini MOSFET-lere gabat getirýän AN799-a serediň. Bu gaty jikme-jik, şonuň üçin has köp ýazjak däl.

MOSFET FET görnüşidir (beýlekisi JFET). Jemi 4 görnüşli güýçlendirme re modeimine ýa-da tükenmek re modeimine, P-kanal ýa-da N-kanal edip bolýar. Şeýle-de bolsa, diňe güýçlendirmek tertibi N-kanal MOSFET ulanylýar. we güýçlendiriji görnüşli P-kanal MOSFET, şonuň üçin NMOS ýa-da PMOS adatça bu iki görnüşe degişlidir.

5. MOSFET amaly zynjyry?

MOSFET-iň iň möhüm aýratynlygy, onuň gowy kommutasiýa aýratynlyklarydyr, şonuň üçin elektrik üpjünçiligini we motor hereketlendirijilerini çalyşmak, şeýle hem yşyklandyryş öçürmek ýaly elektron wyklýuçatelleri talap edýän zynjyrlarda giňden ulanylýar.

Häzirki wagtda MOSFET sürüjileriniň birnäçe aýratyn talaplary bar:

1. Pes woltly programma

5V elektrik üpjünçiligi ulanylanda, häzirki wagtda adaty totem polýus gurluşy ulanylsa, tranzistorda naprýa dropeniýe takmynan 0,7V peselýänligi sebäpli, derwezede ulanylýan hakyky naprýa onlyeniýe bary-ýogy 4.3V. Bu wagt nominal derwezäniň güýjüni saýlaýarys

4.5V MOSFET ulananyňyzda belli bir töwekgelçilik bar. Şol bir mesele 3V ýa-da beýleki pes woltly elektrik üpjünçiligini ulananyňyzda hem ýüze çykýar.

2. Giň naprýa .eniýe programmasy

Giriş naprýa .eniýesi kesgitlenen baha däl, wagt ýa-da beýleki faktorlar bilen üýtgär. Bu üýtgeşiklik, PWM zynjyry bilen MOSFET-e berilýän hereketlendiriji naprýa .eniýesiniň durnuksyz bolmagyna sebäp bolýar.

MOSFET-leri ýokary derwezeli naprýa .eniýelerde howpsuz etmek üçin köp MOSFET-lerde derwezäniň naprýa .eniýesiniň amplitudasyny güýçli çäklendirmek üçin gurlan naprýa .eniýe sazlaýjylary bar. Bu ýagdaýda üpjün edilen hereketlendiriji naprýa .eniýe naprýa .eniýe sazlaýjy turbanyň naprýa .eniýesinden ýokary bolsa, uly statiki güýç sarp edilmegine sebäp bolar.

Шул doly däl geçiriji, şeýlelik bilen energiýa sarp edilişini artdyrýar.

3. Iki woltly programma

Käbir dolandyryş zynjyrlarynda logika bölegi adaty 5V ýa-da 3.3V sanly naprýa .eniýäni ulanýar, güýç bölegi 12V ýa-da ondanam ýokary naprýa .eniýäni ulanýar. Iki wolt umumy bir ýere birikdirildi.

Bu pes woltly tarapyň ýokary woltly tarapdaky MOSFET-i netijeli dolandyryp biljekdigi üçin zynjyry ulanmak talapyny döredýär. Şol bir wagtyň özünde, ýokary woltly tarapdaky MOSFET 1 we 2-de agzalan meseleler bilen hem ýüzbe-ýüz bolar.

Bu üç ýagdaýda, totem polýusynyň gurluşy çykyş talaplaryna laýyk bolup bilmeýär we tekjäniň daşynda köp MOSFET sürüjisi IC-ler derwezäniň naprýa .eniýesini çäklendirýän gurluşlary öz içine almaýar.

Şonuň üçin bu üç zerurlygy kanagatlandyrmak üçin birneme umumy zynjyry düzdüm.

NMOS üçin sürüjiniň zynjyry

Bu ýerde diňe NMOS sürüjiniň zynjyrynyň ýönekeý derňewini ederin:

Vl we Vh degişlilikde pes we ýokary derejeli elektrik üpjünçiligi. Iki naprýa .eniýe birmeňzeş bolup biler, ýöne Vl Vh-den ýokary bolmaly däldir.

Q1 we Q2, iki sürüji turbanyň bir wagtda açylmazlygyny üpjün etmek bilen, izolýasiýa gazanmak üçin tersine totem polýusyny emele getirýärler.

R2 we R3 PWM naprýa .eniýe salgylanmasyny üpjün edýär. Bu salgylanmany üýtgetmek bilen, zynjyr PWM signal tolkun formasynyň birneme dik bolan ýerinde işledilip bilner.

Q3 we Q4 sürüjiniň tokyny üpjün etmek üçin ulanylýar. Işledilende, Q3 we Q4 diňe Vh we GND bilen deňeşdirilende iň pes naprýa dropeniýe peselýär. Bu naprýa dropeniýäniň düşmegi, adatça, bary-ýogy 0,3V bolýar, bu bolsa Vce-den 0.7V-den has pesdir.

R5 we R6, derwezäniň naprýa .eniýesini almak üçin ulanylýan seslenme garşylygydyr. Nusga alnan naprýa Qeniýe Q1 we Q2 esaslaryna güýçli negatiw seslenme döredýär, şeýlelik bilen derwezäniň naprýa .eniýesini çäkli bahada çäklendirýär. Bu bahany R5 we R6 arkaly sazlap bolýar.

Netijede, R1 Q3 we Q4 üçin esasy tok çägini, R4 bolsa Q3 we Q4 Buzynyň çägi bolan MOSFET üçin derwezäniň häzirki çägini üpjün edýär. Zerur bolsa, tizlenme kondensatoryny R4 bilen paralel birikdirip bolýar.

Bu zynjyr aşakdaky aýratynlyklary üpjün edýär:

1. highokarky MOSFET sürmek üçin pes taraply naprýa .eniýe we PWM ulanyň.

2. highokary derwezeli naprýa .eniýe talaplary bilen MOSFET sürmek üçin kiçi amplitudaly PWM signalyny ulanyň.

3. Derwezäniň naprýa .eniýesiniň iň ýokary çägi

4. Giriş we çykyş häzirki çäkleri

5. Degişli rezistorlary ulanmak arkaly gaty az energiýa sarp edilip bilner.

6. PWM signaly tersine. NMOS bu aýratynlyga mätäç däl we inwertory öňe goýup çözüp bolýar.

Göçme enjamlar we simsiz önümler dizaýn edilende, önümiň öndürijiligini gowulandyrmak we batareýanyň ömrüni uzaltmak dizaýnerleriň ýüzbe-ýüz bolmaly iki meselesi. DC-DC öwrüjileri ýokary netijeliligiň, uly çykaryş tokynyň we pes tokly tokyň artykmaçlyklaryna eýe bolup, göçme enjamlary işletmek üçin örän amatly edýär. Häzirki wagtda DC-DC öwrüji dizaýn tehnologiýasynyň ösüşiniň esasy ugurlary şulardyr: (1) frequokary ýygylykly tehnologiýa: Geçiş ýygylygynyň artmagy bilen, kommutatoryň ululygy hem azalýar, güýç dykyzlygy hem ep-esli ýokarlanýar, we dinamiki jogap gowulaşýar. . Pes kuwwatly DC-DC öwrüjileriniň kommutasiýa ýygylygy megahertz derejesine çykar. . prosessorlara we göçme elektron enjamlaryna talaplar.

Bu tehnologiýalaryň ösüşi, elektrik çip zynjyrlarynyň dizaýnyna has ýokary talaplary öňe sürdi. Ilki bilen, kommutasiýa ýygylygynyň artmagy bilen, kommutasiýa elementleriniň işleýşine ýokary talaplar goýulýar. Şol bir wagtyň özünde, kommutasiýa elementleriniň MGs-a çenli ýygylyklary üýtgetmekde kadaly işlemegini üpjün etmek üçin degişli kommutasiýa elementiniň hereketlendiriji zynjyrlary üpjün edilmelidir. Ikinjiden, batareýa bilen işleýän göçme elektron enjamlary üçin zynjyryň iş naprýa .eniýesi pesdir (mysal üçin litiý batareýalaryny alyp, iş naprýa .eniýesi 2,5 ~ 3.6V), şonuň üçin tok çipiniň iş naprýa .eniýesi pesdir.

MOSFET garşylygy gaty pes we az energiýa sarp edýär. MOSFET köplenç häzirki meşhur ýokary öndürijilikli DC-DC çiplerinde tok açary hökmünde ulanylýar. Şeýle-de bolsa, MOSFET-iň uly parazit kuwwaty sebäpli, NMOS kommutator turbalarynyň derwezäniň kuwwaty, adatça, onlarça pikofarad ýaly ýokarydyr. Bu, ýokary işleýiş ýygylygy DC-DC öwrüji kommutator turba hereketlendirijisiniň dizaýny üçin has ýokary talaplary öňe sürýär.

Pes woltly ULSI dizaýnlarynda, bootstrap güýçlendiriji gurluşlary we uly kuwwatly ýük hökmünde hereketlendiriji zynjyrlary ulanyp, dürli CMOS we BiCMOS logiki zynjyrlar bar. Bu zynjyrlar adatça 1V-den pes tok naprýa .eniýesi bilen işläp bilýär we 1-den 2pF çenli kuwwatlylygy onlarça megahert ýa-da ýüzlerçe megahert ýygylygynda işläp bilýär. Bu makala, pes woltly, ýokary kommutasiýa ýygylygy DC-DC öwrüjilerine laýyk gelýän uly ýük göterijilik ukyby bolan sürüjilik zynjyryny dizaýn etmek üçin bootstrap güýçlendiriji zynjyry ulanýar. Zynjyr, Samsung AHP615 BiCMOS prosesi esasynda işlenip düzüldi we Hspice simulýasiýasy bilen tassyklandy. Üpjünçilik naprýa .eniýesi 1,5V we ýük göterijiligi 60pF bolanda, iş ýygylygy 5MHz-den ýokary bolup biler.

MOSFET kommutasiýa aýratynlyklary

Statik aýratynlyklar

Kommutasiýa elementi hökmünde MOSFET iki ýagdaýda-da işleýär: ýapyk ýa-da açyk. MOSFET naprýa .eniýe bilen dolandyrylýan komponent bolany üçin, onuň işleýiş ýagdaýy esasan derwezeli wolt uGS bilen kesgitlenýär.

Iş aýratynlyklary aşakdakylar:

※ uGS ＜ açyk naprýa UTeniýe UT: MOSFET kesilen ýerde işleýär, zeýkeş çeşmesi tok iDS esasan 0, çykyş naprýa ueniýesi uDS≈UDD we MOSFET "öçürilen" ýagdaýda.

※ uGS> Işletmek naprýa UTeniýesi UT: MOSFET geçiriji sebitde işleýär, zeýkeş çeşmesi tok iDS = UDD / (RD + rDS). Olaryň arasynda MDSFET açylanda rDS zeýkeş çeşmesine garşylykdyr. Çykyş naprýa Ueniýesi UDS = UDD? RDS / (RD + rDS), eger rDS ＜＜ RD, uDS≈0V bolsa, MOSFET "açyk" ýagdaýda.

2. Dinamiki aýratynlyklar

MOSFET-de işledilende we öçürilende geçiş prosesi bolýar, ýöne onuň dinamiki aýratynlyklary esasan zynjyr bilen baglanyşykly azaşan kuwwatyny zarýadlamak we boşatmak üçin zerur bolan wagta, turbanyň özi ýapylanda we zarýad ýygnamagyna we çykarylmagyna baglydyr. Bölünmek wagty gaty az.

Giriş naprýa .eniýesi ui ýokarydan peslige üýtgese we MOSFET ştatdan öçürilen ýagdaýa üýtgese, tok üpjünçiligi UDD RD arkaly azaşan kuwwatlylygy CL we zarýad beriş wagty hemişelik τ1 = RDCL. Şonuň üçin çykyş naprýa; eniýesi pes derejeden ýokary derejä geçmezden ozal belli bir gijä galmaly; giriş naprýa .eniýesi ui pesden ýokary we MOSFET öçürilen ýagdaýdan üýtgese, azaşan kuwwatlyk CL-daky zarýad rDS-den geçýär Açyş wagty hemişelik τ2≈rDSCL bilen bolýar. Çykyş naprýa Ueniýesi Uo-nyň pes derejä geçmezden ozal belli bir gijä galmalydygyny görmek bolýar. Emma rDS RD-den has kiçi bolany üçin, kesişden geçirijä öwrüliş wagty geçirijiden kesişe öwrüliş wagtyndan has gysga.

MOSFET açylanda drena source çeşmesine garşylyk rDS tranzistoryň doýma garşylyk rCES-den has uly we daşarky drena resistance RD tranzistoryň kollektor garşylygy RC-den, zarýad beriş we zarýad beriş wagtyndan has uly bolany üçin MOSFET-iň has uzyn bolmagy, MOSFET-iň kommutasiýa tizligi tranzistoryňkydan pesdir. Şeýle-de bolsa, CMOS zynjyrlarynda, zarýad beriş zynjyry bilen zarýad beriş zynjyrynyň ikisi hem pes garşylykly zynjyr bolansoň, zarýad bermek we zarýad bermek prosesi birneme çalt bolýar, netijede CMOS zynjyry üçin ýokary geçiş tizligi bolýar.