Մեծ փաթեթի MOSFET վարորդի միացում

Առաջին հերթին, MOSFET տեսակը և կառուցվածքը,ՄՈՍՖԵՏFET-ն է (մյուսը JFET-ն է), կարող է արտադրվել ուժեղացված կամ սպառվող տիպի, P-ալիքով կամ N-ալիքով, ընդհանուր առմամբ չորս տեսակի, բայց իրական կիրառումը միայն ուժեղացված N-ալիքային MOSFET-ների և ուժեղացված P-ալիքի MOSFET-ների, այնպես որ. սովորաբար կոչվում է NMOS կամ PMOS վերաբերում է այս երկու տեսակներին: Այս երկու տեսակի ուժեղացված MOSFET-ների համար առավել հաճախ օգտագործվում է NMOS-ը, պատճառն այն է, որ միացված դիմադրությունը փոքր է և հեշտ է արտադրվում: Հետևաբար, NMOS-ը սովորաբար օգտագործվում է էլեկտրամատակարարման և շարժիչի շարժիչի միացման ծրագրերում:

Հետևյալ ներածությունում դեպքերի մեծ մասում գերակշռում է NMOS-ը: մակաբուծական հզորություն գոյություն ունի MOSFET-ի երեք պտուտակների միջև, մի հատկանիշ, որն անհրաժեշտ չէ, բայց առաջանում է արտադրական գործընթացի սահմանափակումների պատճառով: Մակաբուծական հզորության առկայությունը մի փոքր դժվար է դարձնում վարորդի սխեման նախագծելը կամ ընտրելը: Դրենաժի և աղբյուրի միջև կա մակաբույծ դիոդ: Սա կոչվում է մարմնի դիոդ և կարևոր է ինդուկտիվ բեռներ վարելու համար, ինչպիսիք են շարժիչները: Ի դեպ, մարմնի դիոդը առկա է միայն առանձին MOSFET-ներում և սովորաբար չկա IC չիպի ներսում:

 

ՄՈՍՖԵՏանջատիչ խողովակի կորուստ, լինի դա NMOS կամ PMOS, այն բանից հետո, երբ առկա է միացման դիմադրությունը, այնպես որ հոսանքը էներգիա կսպառի այս դիմադրության մեջ, սպառված էներգիայի այս մասը կոչվում է հաղորդունակության կորուստ: Ցածր միացման դիմադրությամբ MOSFET-ների ընտրությունը կնվազեցնի դիմադրության կորուստը: Ներկայումս ցածր էներգիայի MOSFET-ների դիմադրությունը սովորաբար կազմում է մոտ տասնյակ միլիօմ, և մի քանի միլիօմ նույնպես հասանելի է: MOSFET-ները չպետք է ավարտվեն մեկ ակնթարթում, երբ դրանք միացված և անջատված են: Կա լարման նվազման գործընթաց: MOSFET-ի երկու ծայրերը, և կա դրա միջով հոսող հոսանքի ավելացման գործընթաց: Ժամանակի այս ժամանակահատվածում MOSFET-ի կորուստը լարման և հոսանքի արդյունքն է, որը կոչվում է անջատման կորուստ: Սովորաբար միացման կորուստը շատ ավելի մեծ է, քան հաղորդման կորուստը, և որքան արագ է անջատման հաճախականությունը, այնքան մեծ է կորուստը: Հաղորդման պահին լարման և հոսանքի արտադրյալը շատ մեծ է, ինչը հանգեցնում է մեծ կորուստների: Միացման ժամանակի կրճատումը նվազեցնում է կորուստը յուրաքանչյուր հաղորդման ժամանակ. Միացման հաճախականության կրճատումը նվազեցնում է մեկ միավոր ժամանակի անջատիչների քանակը: Այս երկու մոտեցումներն էլ նվազեցնում են անջատման կորուստները:

Համեմատած երկբևեռ տրանզիստորների հետ, ընդհանուր առմամբ ենթադրվում է, որ հոսանք չի պահանջվում աՄՈՍՖԵՏվարքագիծը, քանի դեռ GS լարումը որոշակի արժեքից բարձր է: Սա հեշտ է անել, սակայն մեզ նույնպես արագություն է պետք։ Ինչպես տեսնում եք MOSFET-ի կառուցվածքում, GS-ի, GD-ի միջև կա մակաբուծական հզորություն, և MOSFET-ի վարումը, ըստ էության, հզորության լիցքավորումն ու լիցքաթափումն է: Կոնդենսատորը լիցքավորելու համար անհրաժեշտ է հոսանք, քանի որ կոնդենսատորի ակնթարթային լիցքավորումը կարող է դիտվել որպես կարճ միացում, ուստի ակնթարթային հոսանքն ավելի մեծ կլինի: Առաջին բանը, որ պետք է ուշադրություն դարձնել MOSFET-ի դրայվեր ընտրելիս/նախագծելիս, ակնթարթային կարճ միացման հոսանքի չափն է, որը կարող է տրամադրվել:

Երկրորդ բանը, որ պետք է նշել, այն է, որ սովորաբար օգտագործվում է բարձրակարգ շարժիչ NMOS-ում, ժամանակի դարպասի լարումը պետք է լինի ավելի մեծ, քան աղբյուրի լարումը: High-end drive MOSFET-ի աղբյուրի լարման և արտահոսքի լարման (VCC) նույնը, այնպես որ դարպասի լարումը, քան VCC 4V կամ 10V: եթե նույն համակարգում, VCC-ից ավելի մեծ լարում ստանալու համար, մենք պետք է մասնագիտանանք խթանման միացումում: Շարժիչի շատ վարորդներ ունեն ինտեգրված լիցքավորման պոմպեր, կարևոր է նշել, որ դուք պետք է ընտրեք համապատասխան արտաքին հզորություն՝ MOSFET-ը վարելու համար բավարար կարճ միացման հոսանք ստանալու համար: 4V կամ 10V-ը սովորաբար օգտագործվող MOSFET-ն է լարման վրա, դիզայնը, իհարկե, պետք է որոշակի մարժա ունենաք: Որքան բարձր է լարումը, այնքան ավելի արագ է միացման արագությունը և այնքան ցածր է միացման դիմադրությունը: Այժմ կան նաև ավելի փոքր վիճակային լարման MOSFET-ներ, որոնք օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում, բայց 12V ավտոմոբիլային էլեկտրոնիկայի համակարգում, ընդհանուր առմամբ, 4V միացված վիճակը բավարար է: Էլեկտրոնային միացման սխեմաների կարիք, ինչպիսիք են էլեկտրամատակարարման և շարժիչի միացմանը, ինչպես նաև լուսավորության մթնեցումը: Անցկացնելը նշանակում է, որ գործում է որպես անջատիչ, որը համարժեք է անջատիչի փակմանը: NMOS-ի բնութագրերը, որոշակի արժեքից ավելի մեծ Vgs կանցկացնի, որը հարմար է օգտագործելու այն դեպքում, երբ աղբյուրը հիմնավորված է (ցածր շարժիչ), քանի դեռ դարպասը 4V կամ 10V լարումը.PMOS բնութագրերը, Vgs-ը որոշակի արժեքից պակաս կանցկացնի, հարմար է օգտագործելու այն դեպքում, երբ աղբյուրը միացված է VCC-ին (բարձրակարգ սկավառակ): Այնուամենայնիվ, թեև PMOS-ը կարող է հեշտությամբ օգտագործվել որպես բարձրակարգ դրայվեր, NMOS-ը սովորաբար օգտագործվում է բարձրակարգ վարորդների մեջ՝ շնորհիվ մեծ դիմադրության, բարձր գնի և փոխարինման քիչ տեսակների:

Այժմ MOSFET-ը վարում է ցածր լարման ծրագրերը, երբ օգտագործում են 5V էլեկտրամատակարարում, այս անգամ, եթե դուք օգտագործում եք ավանդական տոտեմային բևեռային կառուցվածքը, տրանզիստորի պատճառով կլինի մոտ 0,7 Վ լարման անկում, ինչի արդյունքում իրական վերջնական ավելացվում է դարպասի վրա: լարումը ընդամենը 4,3 Վ է: Այս պահին մենք ընտրում ենք MOSFET-ի դարպասի անվանական լարումը 4,5 Վ՝ որոշակի ռիսկերի առկայության դեպքում: Նույն խնդիրը տեղի է ունենում 3V կամ ցածր լարման այլ սնուցման առիթների օգտագործման դեպքում: Երկակի լարումը օգտագործվում է որոշ կառավարման սխեմաներում, որտեղ տրամաբանական հատվածը օգտագործում է տիպիկ 5V կամ 3.3V թվային լարում, իսկ հոսանքի բաժինը օգտագործում է 12V կամ նույնիսկ ավելի բարձր: Երկու լարումները միացված են ընդհանուր հիմքի միջոցով: Սա պահանջում է օգտագործել մի շղթա, որը թույլ է տալիս ցածր լարման կողմին արդյունավետ կառավարել MOSFET-ը բարձր լարման կողմում, մինչդեռ բարձր լարման կողմի MOSFET-ը կբախվի 1-ին և 2-ում նշված նույն խնդիրներին: Բոլոր երեք դեպքերում էլ. Տոտեմային բևեռի կառուցվածքը չի կարող բավարարել ելքային պահանջները, և շատ վաճառվող MOSFET վարորդական IC-ներ, թվում է, չեն ներառում դարպասի լարման սահմանափակող կառուցվածք: Մուտքային լարումը ֆիքսված արժեք չէ, այն տատանվում է ժամանակի կամ այլ գործոնների հետ: Այս փոփոխությունը հանգեցնում է նրան, որ PWM սխեմայի կողմից MOSFET-ին տրամադրվող շարժիչ լարումը անկայուն է: Որպեսզի MOSFET-ը ապահով լինի դարպասի բարձր լարումներից, շատ MOSFET-ներ ունեն ներկառուցված լարման կարգավորիչներ, որպեսզի հարկադրաբար սահմանափակեն դարպասի լարման ամպլիտուդը:

 

Այս դեպքում, երբ տրամադրված շարժիչ լարումը գերազանցում է կարգավորիչի լարումը, դա կհանգեցնի ստատիկ էներգիայի մեծ սպառման: Միևնույն ժամանակ, եթե դուք պարզապես օգտագործեք ռեզիստորի լարման բաժանարարի սկզբունքը դարպասի լարումը նվազեցնելու համար, կլինի համեմատաբար բարձր մուտքային լարման, MOSFET-ը լավ է աշխատում, մինչդեռ մուտքային լարումը նվազում է, երբ դարպասի լարումը բավարար չէ անբավարար ամբողջական հաղորդունակություն առաջացնելու համար, այդպիսով մեծացնելով էներգիայի սպառումը:

Համեմատաբար տարածված սխեման այստեղ միայն NMOS վարորդի սխեմայի համար պարզ վերլուծություն կատարելու համար. Vl-ը և Vh-ը համապատասխանաբար ցածր և բարձրակարգ սնուցման աղբյուրն են, երկու լարումները կարող են լինել նույնը, բայց Vl-ը չպետք է գերազանցի Vh-ը: Q1-ը և Q2-ը կազմում են շրջված տոտեմային բևեռ, որն օգտագործվում է մեկուսացման հասնելու համար և միևնույն ժամանակ ապահովելու համար, որ Q3 և Q4 երկու շարժիչ խողովակները միաժամանակ միացված չեն: R2-ը և R3-ը ապահովում են PWM լարման տեղեկանքը, և փոխելով այս հղումը, դուք կարող եք ստիպել սխեման լավ աշխատել, և դարպասի լարումը բավարար չէ մանրակրկիտ հաղորդունակություն առաջացնելու համար՝ այդպիսով ավելացնելով էներգիայի սպառումը: R2-ը և R3-ը ապահովում են PWM լարման տեղեկանքը, փոխելով այս հղումը, դուք կարող եք թույլ տալ, որ շղթան աշխատի PWM ազդանշանի ալիքի ձևով, համեմատաբար կտրուկ և ուղիղ դիրքում: Q3-ը և Q4-ն օգտագործվում են շարժիչի հոսանքն ապահովելու համար, քանի որ ժամանակին է, Q3-ը և Q4-ը Vh-ի և GND-ի համեմատությամբ միայն նվազագույնն են Vce լարման անկումով, այս լարման անկումը սովորաբար կազմում է ընդամենը 0.3V կամ ավելի, շատ ավելի ցածր: քան 0.7V Vce R5-ը և R6-ը դարպասի լարման նմուշառման համար հետադարձ դիմադրություն են, լարումը նմուշառելուց հետո դարպասի լարումը օգտագործվում է որպես դարպասի լարման հետադարձ դիմադրություն, իսկ նմուշի լարումն օգտագործվում է դարպասի լարման նկատմամբ: R5-ը և R6-ը հետադարձ ռեզիստորներ են, որոնք օգտագործվում են դարպասի լարման նմուշառման համար, որն այնուհետև անցնում է Q5-ով՝ Q1-ի և Q2-ի հիմքերի վրա ուժեղ բացասական արձագանք ստեղծելու համար՝ դրանով իսկ սահմանափակելով դարպասի լարումը մինչև վերջավոր արժեք: Այս արժեքը կարող է ճշգրտվել R5-ով և R6-ով: Վերջապես, R1-ն ապահովում է բազային հոսանքի սահմանափակումը Q3 և Q4, իսկ R4-ը ապահովում է դարպասի հոսանքի սահմանափակումը MOSFET-ներին, ինչը Q3Q4-ի սառույցի սահմանափակումն է: Անհրաժեշտության դեպքում R4-ից վերևում կարելի է միացնել արագացման կոնդենսատորը:                                         

Դյուրակիր սարքերի և անլար արտադրանքների նախագծման ժամանակ արտադրանքի կատարողականի բարելավումը և մարտկոցի աշխատանքի ժամանակի երկարաձգումը երկու խնդիր է, որը դիզայներներին պետք է առերեսվի: սարքեր.

DC-DC կերպափոխիչներն ունեն բարձր արդյունավետության, բարձր ելքային հոսանքի և ցածր հանգստացող հոսանքի առավելությունները, որոնք շատ հարմար են շարժական սարքերի սնուցման համար: Ներկայումս DC-DC փոխարկիչների նախագծման տեխնոլոգիայի զարգացման հիմնական միտումները ներառում են. արձագանքը բարելավվել է. Փոքրիկ

Էլեկտրաէներգիայի DC-DC փոխարկիչի միացման հաճախականությունը կբարձրանա մինչև մեգահերց մակարդակ: Ցածր ելքային լարման տեխնոլոգիա. Կիսահաղորդիչների արտադրության տեխնոլոգիայի շարունակական զարգացմամբ միկրոպրոցեսորների և շարժական էլեկտրոնային սարքավորումների գործառնական լարումը գնալով նվազում է, ինչը պահանջում է ապագա DC-DC փոխարկիչը կարող է ապահովել ցածր ելքային լարում՝ միկրոպրոցեսորին և շարժական էլեկտրոնային սարքավորումներին հարմարվելու համար, որոնք պահանջում է ապագա DC-DC փոխարկիչը կարող է ապահովել ցածր ելքային լարում՝ միկրոպրոցեսորին հարմարվելու համար:

Բավական է ցածր ելքային լարում ապահովելու համար միկրոպրոցեսորներին և շարժական էլեկտրոնային սարքավորումներին հարմարվելու համար: Այս տեխնոլոգիական զարգացումները առաջ են քաշում ավելի բարձր պահանջներ էլեկտրամատակարարման չիպային սխեմաների նախագծման համար: Նախևառաջ, միացման հաճախականության աճով առաջ է քաշվում անջատիչ բաղադրիչների կատարումը

Անջատիչ տարրի աշխատանքի համար բարձր պահանջներ, և պետք է ունենա համապատասխան անջատիչ տարրի շարժիչ միացում, որպեսզի ապահովի, որ անջատիչ տարրը միացման հաճախականության մեջ մինչև մեգահերց մակարդակը նորմալ գործարկվի: Երկրորդ, մարտկոցով աշխատող շարժական էլեկտրոնային սարքերի համար շղթայի աշխատանքային լարումը ցածր է (օրինակ, լիթիումային մարտկոցների դեպքում):

Լիթիումի մարտկոցները, օրինակ, աշխատանքային լարումը 2,5 ~ 3,6 Վ), այնպես որ էլեկտրամատակարարման չիպը ցածր լարման համար:

MOSFET-ն ունի շատ ցածր դիմադրություն, ցածր էներգիայի սպառում, ներկայիս հանրաճանաչ բարձր արդյունավետությամբ DC-DC չիպի մեջ ավելի շատ MOSFET-ը որպես հոսանքի անջատիչ: Սակայն MOSFET-ների մեծ մակաբույծ հզորության պատճառով։ Սա ավելի բարձր պահանջներ է դնում անջատիչ խողովակի վարորդի սխեմաների նախագծման համար՝ բարձր աշխատանքային հաճախականությամբ DC-DC փոխարկիչներ նախագծելու համար: Գոյություն ունեն տարբեր CMOS, BiCMOS տրամաբանական սխեմաներ, որոնք օգտագործում են bootstrap boost կառուցվածքը և վարորդի սխեմաներ, որպես մեծ կոնդենսիվ բեռներ ցածր լարման ULSI դիզայնով: Այս սխեմաները կարող են ճիշտ աշխատել 1V-ից պակաս լարման սնուցման պայմաններում և կարող են աշխատել բեռի հզորության պայմաններում 1 ~ 2pF հաճախականությունը կարող է հասնել տասնյակ մեգաբիթների կամ նույնիսկ հարյուրավոր մեգահերցերի: Այս հոդվածում bootstrap-ի խթանման սխեման օգտագործվում է մեծ բեռնվածքի հզորության շարժիչ կարողություն նախագծելու համար, որը հարմար է ցածր լարման, բարձր միացման հաճախականության խթանման DC-DC փոխարկիչի շարժիչի միացման համար: Ցածր լարման և PWM բարձրակարգ MOSFET-ներ վարելու համար: փոքր ամպլիտուդի PWM ազդանշան՝ MOSFET-ների բարձր դարպասի լարման պահանջները վարելու համար: