Ensinnäkin MOSFET-tyyppi ja -rakenne,MOSFETon FET (toinen on JFET), voidaan valmistaa tehostettuun tai tyhjennystyyppiseen, P-kanavaan tai N-kanavaan yhteensä neljä tyyppiä, mutta varsinainen sovellus on vain parannettu N-kanavainen MOSFET ja parannettu P-kanava MOSFET, joten yleensä kutsutaan NMOS tai PMOS viittaa näihin kahteen tyyppiin. Näissä kahdessa tehostetussa MOSFET-tyypissä yleisemmin käytetty on NMOS, syynä on, että päällekytkentävastus on pieni ja helppo valmistaa. Siksi NMOS:ää käytetään yleisesti kytkentäteholähteissä ja moottorikäyttösovelluksissa.
Seuraavassa johdannossa useimpia tapauksia hallitsee NMOS. MOSFETin kolmen nastan välillä on loiskapasitanssi, jota ei tarvita, mutta se johtuu valmistusprosessin rajoituksista. Parasiittisen kapasitanssin läsnäolo tekee ohjainpiirin suunnittelusta tai valinnasta hieman hankalaa. Viemärin ja lähteen välissä on parasiittidiodi. Tätä kutsutaan runkodiodiksi ja se on tärkeä ohjattaessa induktiivisia kuormia, kuten moottoreita. Muuten, runkodiodi on vain yksittäisissä MOSFETeissä, eikä sitä yleensä ole IC-sirun sisällä.
MOSFETkytkentäputken häviö, olipa kyseessä NMOS tai PMOS, sen jälkeen, kun on-resistanssin johtuminen on olemassa, niin että virta kuluttaa energiaa tässä vastuksessa, tätä osaa kulutetusta energiasta kutsutaan johtavuushäviöksi. MOSFET:ien valinta alhaisella päällekytkeytymisresistanssilla vähentää on-resistanssihäviötä. Nykyään pienitehoisten MOSFETien päällekytkentäresistanssi on yleensä noin kymmeniä milliohmeja, ja muutama milliohmi on myös saatavilla. MOSFETit eivät saa valmistua hetkessä, kun ne ovat päällä ja pois päältä. Jännite alenee MOSFETin kaksi päätä, ja sen läpi kulkeva virta kasvaa. Tänä aikana MOSFET-häviö on jännitteen ja virran tulo, jota kutsutaan kytkentähäviöksi. Yleensä kytkentähäviö on paljon suurempi kuin johtavuushäviö, ja mitä nopeampi kytkentätaajuus, sitä suurempi häviö. Jännitteen ja virran tulo johtamishetkellä on erittäin suuri, mikä johtaa suuriin häviöihin. Kytkentäajan lyhentäminen vähentää häviötä jokaisessa johdossa; kytkentätaajuuden vähentäminen vähentää kytkinten määrää aikayksikköä kohti. Molemmat lähestymistavat vähentävät kytkentähäviöitä.
Verrattuna bipolaarisiin transistoreihin uskotaan yleisesti, että virtaa ei tarvita aMOSFETniin kauan kuin GS-jännite on tietyn arvon yläpuolella. Tämä on helppo tehdä, mutta tarvitsemme myös nopeutta. Kuten MOSFETin rakenteesta näkyy, GS:n ja GD:n välillä on loiskapasitanssi, ja MOSFETin käyttö on itse asiassa kapasitanssin lataamista ja purkamista. Kondensaattorin lataaminen vaatii virran, koska kondensaattorin välitön lataaminen voidaan nähdä oikosulkuna, joten hetkellinen virta on suurempi. Ensimmäinen asia, joka on huomioitava MOSFET-ohjainta valittaessa/suunnitellessa, on käytettävissä olevan hetkellisen oikosulkuvirran koko.
Toinen huomioitava asia on se, että yleisesti käytettynä huippuluokan NMOS-taajuusmuuttajissa on-time-hilajännitteen on oltava suurempi kuin lähdejännite. High-end ajaa MOSFET lähteen jännite ja valua jännite (VCC) sama, joten sitten portti jännite kuin VCC 4V tai 10V. jos samassa järjestelmässä saadaksemme suuremman jännitteen kuin VCC, meidän on erikoistuttava tehostuspiiriin. Monissa moottoriajureissa on integroidut latauspumput. On tärkeää huomata, että sinun tulee valita sopiva ulkoinen kapasitanssi saadaksesi tarpeeksi oikosulkuvirtaa MOSFETin ohjaamiseen. 4V tai 10V on yleisesti käytetty MOSFET jännitteellä, suunnittelu tietenkin, sinulla on oltava tietty marginaali. Mitä suurempi jännite, sitä nopeampi on-tilanopeus ja sitä pienempi on-tilan vastus. Nyt eri aloilla käytetään myös pienempiä on-state-MOSFETejä, mutta 12V autoelektroniikkajärjestelmässä yleensä 4V on-state riittää.MOSFETin merkittävin ominaisuus on hyvän kytkentäominaisuudet, joten sitä käytetään laajalti elektronisten kytkentäpiirien, kuten hakkuriteholähteen ja moottorikäytön, mutta myös valaistuksen himmennysten tarve. Kytkimenä toimiva johtava väline, joka vastaa kytkimen sulkemista.NMOS-ominaisuudet, Vgs, joka on suurempi kuin tietty arvo johtaa, sopii käytettäväksi siinä tapauksessa, että lähde on maadoitettu (low-end drive), niin kauan kuin portti jännite 4V tai 10V.PMOS ominaisuudet, Vgs alle tietyn arvon johtaa, sopii käytettäväksi, kun lähde on kytketty VCC (high-end drive). Vaikka PMOS:ää voidaan kuitenkin helposti käyttää huippuluokan ajurina, NMOS:ää käytetään yleensä huippuluokan ajureissa suuren päällekkäisvastuksen, korkean hinnan ja harvojen vaihtotyyppien vuoksi.
Nyt MOSFET ajaa pienjännitesovelluksia, kun käytetään 5V virtalähdettä, tällä kertaa jos käytät perinteistä toteeminaparakennetta, koska transistori on noin 0,7 V jännitehäviö, jolloin todellinen lopullinen lisätään porttiin jännite on vain 4,3 V. Tällä hetkellä valitsemme MOSFETin nimellishilajännitteeksi 4,5 V tiettyjen riskien perusteella. Sama ongelma ilmenee käytettäessä 3V:tä tai muita matalajännitteisiä virtalähteitä. Kaksoisjännitettä käytetään joissakin ohjauspiireissä, joissa logiikkaosio käyttää tyypillistä 5V tai 3,3V digitaalista jännitettä ja tehoosasto 12V tai jopa korkeampi. Kaksi jännitettä on kytketty yhteisellä maadolla. Tämä asettaa vaatimuksen käyttää piiriä, joka sallii pienjännitepuolen ohjata tehokkaasti korkeajännitepuolen MOSFETiä, kun taas korkeajännitepuolen MOSFET kohtaa samat kohdat 1 ja 2 mainitut ongelmat. Kaikissa kolmessa tapauksessa toteemipylväsrakenne ei voi täyttää lähtövaatimuksia, ja monet valmiit MOSFET-ohjainpiirit eivät näytä sisältävän hilajännitteen rajoittavaa rakennetta. Tulojännite ei ole kiinteä arvo, se vaihtelee ajan tai muiden tekijöiden mukaan. Tämä vaihtelu saa aikaan sen, että PWM-piirin MOSFETille antama käyttöjännite on epävakaa. Jotta MOSFET olisi suojattu korkeilta hilajännitteiltä, monissa MOSFET:issä on sisäänrakennetut jännitesäätimet, jotka rajoittavat voimakkaasti hilajännitteen amplitudia.
Tässä tapauksessa, kun käytössä oleva käyttöjännite ylittää säätimen jännitteen, se aiheuttaa suuren staattisen virrankulutuksen. Samaan aikaan, jos käytät yksinkertaisesti vastuksen jännitteenjakajan periaatetta hilajännitteen pienentämiseen, syntyy suhteellisen Korkealla tulojännitteellä MOSFET toimii hyvin, kun taas tulojännite pienenee, kun hilajännite ei riitä aiheuttamaan riittämättömän täydellistä johtumista, mikä lisää virrankulutusta.
Suhteellisen yleinen piiri tässä vain NMOS-ohjainpiirille yksinkertaisen analyysin tekemiseen: Vl ja Vh ovat vastaavasti low-end ja high-end virtalähde, kaksi jännitettä voivat olla samat, mutta Vl ei saa ylittää Vh. Q1 ja Q2 muodostavat käänteisen toteemipavan, jota käytetään eristyksen saavuttamiseen ja samalla varmistamaan, että kaksi ohjausputkea Q3 ja Q4 eivät ole päällä samaan aikaan. R2 ja R3 tarjoavat PWM-jännitereferenssin, ja tätä ohjetta muuttamalla saat piirin toimimaan hyvin, eikä hilajännite riitä perusteelliseen johtumiseen, mikä lisää virrankulutusta. R2 ja R3 tarjoavat PWM-jännitteen viittauksen, muuttamalla tätä viittausta, voit antaa piirin toimia PWM-signaalin aaltomuodossa on suhteellisen jyrkkä ja suora. Q3:a ja Q4:ää käytetään tuottamaan käyttövirta, päälläoloajasta johtuen, Q3 ja Q4 suhteessa Vh:hen ja GND:hen ovat vain pienin Vce-jännitehäviö, tämä jännitehäviö on yleensä vain noin 0,3 V, paljon pienempi. yli 0,7V Vce R5 ja R6 ovat takaisinkytkentävastuksia hilajännitteen näytteenottoon, jännitteen näytteenottamisen jälkeen hilan jännitettä käytetään takaisinkytkentävastuksena hilajännitteelle ja näytteen jännitettä käytetään hilajännitteeseen. R5 ja R6 ovat takaisinkytkentävastuksia, joita käytetään ottamaan näytteitä hilajännitteestä, joka sitten johdetaan Q5:n läpi vahvan negatiivisen takaisinkytkennän luomiseksi Q1:n ja Q2:n pohjalle, mikä rajoittaa hilajännitteen äärelliseen arvoon. Tätä arvoa voidaan säätää R5:llä ja R6:lla. Lopuksi R1 rajoittaa kantavirtaa Q3:een ja Q4:ään ja R4 rajoittaa hilavirtaa MOSFETeihin, mikä on Q3Q4:n jään rajoitus. R4:n yläpuolelle voidaan tarvittaessa kytkeä kiihdytyskondensaattori.
Suunnitellessaan kannettavia laitteita ja langattomia tuotteita, tuotteen suorituskyvyn parantaminen ja akun käyttöajan pidentäminen ovat kaksi ongelmaa, jotka suunnittelijoiden on kohdattava. DC-DC-muuntimien etuna on korkea hyötysuhde, korkea lähtövirta ja alhainen lepovirta, jotka sopivat erittäin hyvin kannettavien tietokoneiden virransyöttöön. laitteita.
DC-DC-muuntimien etuna on korkea hyötysuhde, korkea lähtövirta ja pieni lepovirta, jotka sopivat erittäin hyvin kannettavien laitteiden virransyöttöön. Tällä hetkellä DC-DC-muuntimen suunnittelutekniikan kehityksen päätrendejä ovat: suurtaajuustekniikka: kytkentätaajuuden kasvaessa myös kytkentämuuntimen koko pienenee, tehotiheys on kasvanut merkittävästi ja dynaaminen vastaus on parantunut. Pieni
Tehon DC-DC-muuntimen kytkentätaajuus nousee megahertsitasolle. Matala lähtöjännitetekniikka: Puolijohteiden valmistustekniikan jatkuvan kehityksen myötä mikroprosessorien ja kannettavien elektronisten laitteiden käyttöjännite laskee ja laskee, mikä edellyttää tulevaisuuden DC-DC-muunnin voi tarjota alhaisen lähtöjännitteen sopeutuakseen mikroprosessoriin ja kannettaviin elektronisiin laitteisiin, vaatii tulevaa DC-DC-muunnin voi tarjota alhaisen lähtöjännitteen mukautuakseen mikroprosessoriin.
Riittää tuottamaan matalan lähtöjännitteen mukautumaan mikroprosessoreihin ja kannettaviin elektronisiin laitteisiin. Tämä teknologinen kehitys asettaa korkeampia vaatimuksia virtalähdepiirien suunnittelulle. Ensinnäkin kytkentätaajuuden kasvaessa kytkentäkomponenttien suorituskykyä esitetään
Korkeat vaatimukset suorituskyvylle kytkentäelementti, ja on oltava vastaava kytkinelementti ohjauspiiri varmistaa, että kytkentäelementti kytkentätaajuudella jopa megahertsien normaalin toiminnan. Toiseksi paristokäyttöisten kannettavien elektronisten laitteiden piirin käyttöjännite on alhainen (esimerkiksi litiumakkujen tapauksessa).
Litium akut, esimerkiksi käyttöjännite 2,5 ~ 3,6 V), joten virtalähde siru pienempi jännite.
MOSFET on erittäin alhainen on-resistanssi, alhainen energiankulutus, nykyinen suosittu korkean hyötysuhteen DC-DC siru enemmän MOSFET kuin virtakytkin. Kuitenkin MOSFETien suuren loiskapasitanssin vuoksi. Tämä asettaa korkeammat vaatimukset kytkentäputkiohjainpiirien suunnittelulle korkean toimintataajuuden DC-DC-muuntimien suunnittelussa. On olemassa erilaisia CMOS-, BiCMOS-logiikkapiirejä, jotka käyttävät bootstrap-tehostusrakennetta ja ajuripiirejä suurina kapasitiivisina kuormina pienjännite-ULSI-suunnittelussa. Nämä piirit pystyvät toimimaan kunnolla alle 1 V:n jännitteensyötön olosuhteissa, ja ne voivat toimia kuormituskapasitanssin olosuhteissa 1 ~ 2pF taajuus voi saavuttaa kymmeniä megabitteja tai jopa satoja megahertsejä. Tässä artikkelissa bootstrap-tehostuspiiriä käytetään suuren kuormakapasitanssin taajuusmuuttajan suunnitteluun, joka sopii matalajännitteiseen, korkean kytkentätaajuuden tehostukseen DC-DC-muuntimen ohjauspiiriin. Pieni jännite ja PWM huippuluokan MOSFETien ohjaamiseen. Pienen amplitudin PWM-signaali MOSFETien korkeiden hilajännitevaatimusten ohjaamiseksi.
Postitusaika: 12.4.2024
