Маҷмӯаи калонҳаҷми ронандаи MOSFET

Пеш аз ҳама, намуд ва сохтори MOSFET,MOSFETяк FET аст (дигараш JFET аст), метавонад ба намуди мукаммалшуда ё тамомшаванда, P-канал ё N-канал ҳамагӣ чор намуд истеҳсол карда шавад, аммо татбиқи воқеии танҳо MOSFET-ҳои мукаммали N-канал ва MOSFET-ҳои мукаммали P-канал, аз ин рӯ. одатан ҳамчун NMOS ё PMOS номида мешавад, ба ин ду намуд ишора мекунад. Барои ин ду намуди MOSFET-ҳои мукаммал, маъмулан NMOS истифода мешаванд, сабаб дар он аст, ки муқовимат хурд аст ва истеҳсолаш осон аст. Аз ин рӯ, NMOS одатан дар интиқоли барқ ​​​​ва барномаҳои гардонандаи мотор истифода мешавад.

Дар муқаддимаи зерин, аксарияти парвандаҳо аз ҷониби NMOS бартарӣ доранд. иқтидори паразитӣ дар байни се пинҳои MOSFET мавҷуд аст, ки ин хусусият лозим нест, аммо аз сабаби маҳдудиятҳои раванди истеҳсолӣ ба вуҷуд меояд. Мавҷудияти иқтидори паразитӣ тарҳрезӣ ё интихоби схемаи драйверро каме мушкил мекунад. Дар байни дренаж ва манбаъ диоди паразитӣ мавҷуд аст. Ин диоди бадан номида мешавад ва дар рондани сарбориҳои индуктивӣ ба монанди моторҳо муҳим аст. Дар омади гап, диоди бадан танҳо дар MOSFET-ҳои инфиродӣ мавҷуд аст ва одатан дар дохили чипи IC мавҷуд нест.

MOSFETталафоти найчаи коммутатсионӣ, хоҳ он NMOS ё PMOS бошад, пас аз интиқоли муқовимат вуҷуд дорад, то ки ҷараён энергияро дар ин муқовимат сарф кунад, ин қисми энергияи истеъмолшуда талафоти интиқол номида мешавад. Интихоби MOSFETs бо муқовимати паст талафоти муқовиматро коҳиш медиҳад. Дар айни замон, муқовимати MOSFET-ҳои камқувват ба таври умум тақрибан даҳҳо миллиомро ташкил медиҳад ва чанд миллиом низ мавҷуданд. MOSFET-ҳо набояд дар як лаҳза анҷом дода шаванд, вақте ки онҳо фурӯзон ва хомӯшанд. Раванди коҳиш додани шиддат дар ду нӯги MOSFET ва раванди афзоиши ҷараёни аз он ҷорист. Дар ин давра талафоти MOSFETҳо ҳосили шиддат ва ҷараён, ки талафоти коммутатсионӣ номида мешавад. Одатан талафоти коммутатсионӣ нисбат ба талафоти интиқол хеле калонтар аст ва басомади гузариш ҳар қадар тезтар бошад, талафот ҳамон қадар калонтар аст. Маҳсули шиддат ва ҷараён дар лахзаи ноқил хеле калон буда, боиси талафоти калон мегардад. Кӯтоҳ кардани вақти гузариш талафотро дар ҳар як интиқол кам мекунад; кам кардани басомади гузариш шумораи коммутаторҳоро дар як воҳиди вақт кам мекунад. Ҳардуи ин равишҳо талафоти гузаришро коҳиш медиҳанд.

Дар муқоиса бо транзисторҳои биполярӣ, одатан чунин мешуморанд, ки барои сохтани як ҷараён лозим нестMOSFETрафтор, то даме ки шиддати GS аз арзиши муайян зиёд аст. Ин корро кардан осон аст, аммо ба мо суръат низ лозим аст. Тавре ки шумо дар сохтори MOSFET мебинед, дар байни GS, GD як иқтидори паразитӣ мавҷуд аст ва рондани MOSFET, дар асл, пур кардан ва холӣ кардани иқтидор аст. Барои пур кардани конденсатор ҷараён лозим аст, зеро дарҳол пур кардани конденсаторро ноқилҳои кӯтоҳ дидан мумкин аст, бинобар ин ҷараёни фаврӣ баландтар мешавад. Аввалин чизе, ки ҳангоми интихоб/тарҳрезии драйвери MOSFET бояд қайд кард, андозаи ҷараёни кӯтоҳи ноқилҳои фаврӣ мебошад, ки мумкин аст таъмин карда шавад.

Чизи дуюми бояд қайд кард, ки одатан дар гардонандаи баландсифати NMOS истифода мешавад, шиддати саривақтии дарвоза бояд аз шиддати манбаъ зиёдтар бошад. Диски баландсифати MOSFET дар шиддати манбаъ ва шиддати дренажӣ (VCC) якхела аст, пас шиддати дарвоза нисбат ба VCC 4V ё 10V. агар дар ҳамон система, барои ба даст овардани шиддати калонтар аз VCC, мо бояд дар схемаи пурқувват тахассус кунем. Бисёре аз ронандагони мотор насосҳои пуркунандаи барқ ​​доранд, муҳим аст, ки шумо бояд иқтидори мувофиқи берунаро интихоб кунед, то ҷараёни кофии ноқилҳои кӯтоҳ барои рондани MOSFET-ро ба даст оред. 4V ё 10V MOSFET маъмулан дар шиддат истифода мешавад, тарроҳӣ, албатта, шумо бояд маржаи муайян дошта бошед. Чӣ қадаре ки шиддат баланд бошад, суръати дар ҳолати фавқулодда тезтар ва муқовимат дар ҳолати пасттар аст. Ҳоло инчунин MOSFET-ҳои шиддати хурдтари давлатӣ дар соҳаҳои гуногун истифода мешаванд, аммо дар системаи электроникаи автомобилии 12V умуман 4V дар ҳолати кофӣ аст. Хусусияти барҷастатарини MOSFETҳо хусусияти коммутатории хуб аст, аз ин рӯ он дар васеъ истифода мешавад. ниёз ба схемаҳои электронии коммутатсионӣ, ба монанди интиқоли қувваи барқ ​​​​ва гардонандаи мотор, инчунин кам кардани равшанӣ. Гузаронидани маънои онро дорад, ки ба сифати Калиди амалкунанда, ки ба як Калиди closure.NMOS баробар аст, хусусиятҳои Vgs бузургтар аз арзиши муайян гузаронида мешавад, муносиб барои истифода дар сурати, вақте ки манбаи асоснок аст (диски паст-охири), то даме ки дарвозаи шиддати 4V ё 10V.PMOS хусусиятҳои, Vgs камтар аз арзиши муайян гузаронида мешавад, муносиб барои истифода дар сурати пайваст, ки манбаъ ба VCC (диски баланд-охири). Бо вуҷуди ин, гарчанде ки PMOS-ро метавон ҳамчун драйвери олӣ ба осонӣ истифода кард, NMOS одатан дар драйверҳои олӣ аз сабаби муқовимати калон, нархи баланд ва якчанд намуди ивазкунӣ истифода мешавад.

Ҳоло MOSFET замимаҳои пастшиддатро меронад, вақте ки истифодаи қувваи барқи 5V, ин дафъа, агар шумо сохтори анъанавии қутби тотемро истифода баред, аз сабаби транзистор тақрибан 0,7 В паст шудани шиддатро ташкил медиҳад, ки дар натиҷа воқеии ниҳоӣ ба дарвозаи он илова карда мешавад. шиддат ҳамагӣ 4,3 В аст. Дар айни замон, мо шиддати номиналии дарвозаи 4,5V аз MOSFET-ро дар бораи мавҷудияти хатарҳои муайян интихоб мекунем. Ҳамин мушкилот ҳангоми истифодаи 3V ё дигар ҳолатҳои таъминоти барқи пастшиддат рух медиҳад. Шиддати дугона дар баъзе схемаҳои назоратӣ истифода мешавад, ки дар он қисмати мантиқӣ шиддати маъмулии рақамии 5V ё 3.3V ва қисмати барқ ​​​​12V ё ҳатто баландтарро истифода мебарад. Ду шиддат бо истифода аз замини умумӣ пайваст карда мешаванд. Ин истифодаи схемаеро талаб мекунад, ки ба ҷониби шиддати паст имкон медиҳад, ки MOSFET-ро дар тарафи шиддати баланд самаранок идора кунад, дар ҳоле ки MOSFET дар тарафи шиддати баланд бо ҳамон мушкилоте, ки дар 1 ва 2 зикр шудаанд, рӯ ба рӯ мешавад. Дар ҳар се ҳолат, Сохтори қутби тотем наметавонад ба талаботи баромад ҷавобгӯ бошад ва бисёре аз IC-ҳои ронандаи MOSFET, ки ба назар мерасад, сохтори маҳдудкунандаи шиддати дарвозаро дар бар намегиранд. Шиддати вуруд арзиши собит нест, он бо вақт ё омилҳои дигар фарқ мекунад. Ин тағирот боиси ноустувории шиддати гардонандаи ба MOSFET аз ҷониби схемаи PWM додашуда мегардад. Барои он ки MOSFET аз шиддати баланди дарвоза бехатар бошад, бисёр MOSFETҳо танзимгари дохилии шиддат доранд, то амплитудаи шиддати дарвозаро маҷбуран маҳдуд кунанд.

Дар ин ҳолат, вақте ки шиддати гардонандаи додашуда аз шиддати танзимкунанда зиёд мешавад, он боиси истеъмоли зиёди қувваи статикӣ мегардад Дар айни замон, агар шумо танҳо принсипи тақсимкунандаи шиддати резисторро барои кам кардани шиддати дарвоза истифода баред, нисбатан паст шудани шиддат ба вуҷуд меояд. шиддати баланди вуруд, MOSFET хуб кор мекунад, дар ҳоле ки шиддати вуруд ҳангоми нокифоя будани шиддати дарвоза барои интиқоли нокифояи мукаммал коҳиш меёбад ва ба ин васила масрафи барқро зиёд мекунад.

Дар ин ҷо схемаи нисбатан маъмул танҳо барои схемаи драйвери NMOS барои анҷом додани таҳлили оддӣ: Vl ва Vh таъминоти барқи паст ва баландтарин мебошанд, мутаносибан ду шиддат метавонанд якхела бошанд, аммо Vl набояд аз Vh зиёд бошад. Q1 ва Q2 як сутуни тотеми баръаксро ташкил медиҳанд, ки барои ба даст овардани изолятсия истифода мешаванд ва ҳамзамон кафолат медиҳанд, ки ду найҳои ронанда Q3 ва Q4 дар як вақт фаъол нахоҳанд шуд. R2 ва R3 истинод ба шиддати PWM-ро таъмин мекунанд ва бо тағир додани ин истинод, шумо метавонед схемаро хуб кор кунед ва шиддати дарвоза барои интиқоли ҳамаҷониба кофӣ нест ва ба ин васила масрафи барқро зиёд мекунад. R2 ва R3 истинод ба шиддати PWM-ро таъмин мекунанд, бо тағир додани ин истинод, шумо метавонед иҷозат диҳед, ки схема дар шакли мавҷи сигнали PWM мавқеи нисбатан нишеб ва рост бошад. Q3 ва Q4 барои таъмини ҷараёни гардон истифода мешаванд, аз сабаби сари вақт, Q3 ва Q4 нисбат ба Vh ва GND танҳо ҳадди ақали пастшавии шиддати Vce мебошанд, ин пастшавии шиддат одатан танҳо 0,3V ё камтар, хеле пасттар аст. аз 0,7V Vce R5 ва R6 резисторҳои бозгашт барои намунагирии шиддати дарвоза мебошанд, пас аз интихоби шиддат, шиддати дарвоза ҳамчун муқовимати бозгашт ба дарвоза истифода мешавад шиддат ва шиддати намуна ба шиддати дарвоза истифода мешавад. R5 ва R6 резисторҳои бозгашт мебошанд, ки барои намунагирии шиддати дарвоза истифода мешаванд, ки баъд аз Q5 гузаронида мешавад, то дар асоси Q1 ва Q2 фикру мулоҳизаҳои манфии қавӣ эҷод карда, шиддати дарвозаро ба арзиши ниҳоӣ маҳдуд кунад. Ин арзишро тавассути R5 ва R6 танзим кардан мумкин аст. Дар ниҳоят, R1 маҳдудияти ҷараёни асосиро ба Q3 ва Q4 таъмин мекунад ва R4 маҳдудияти ҷараёни дарвозаро ба MOSFETs, ки маҳдудияти Ice Q3Q4 мебошад, таъмин мекунад. Агар лозим бошад, конденсатори шитобро дар болои R4 параллел пайваст кардан мумкин аст.                                         

Ҳангоми тарҳрезии дастгоҳҳои сайёр ва маҳсулоти бесим, беҳтар кардани кори маҳсулот ва дароз кардани вақти кори батарея ду масъалаест, ки тарроҳон бояд рӯ ба рӯ шаванд. Табдилдиҳандаҳои DC-DC бартариҳои самаранокии баланд, ҷараёни баланди баромад ва ҷараёни пасти оромро доранд, ки барои интиқоли дастгоҳҳои сайёр хеле мувофиқанд. дастгоҳҳо.

Табдилдиҳандаҳои DC-DC бартариҳои самаранокии баланд, ҷараёни баланди баромад ва ҷараёни пасти ором доранд, ки барои пур кардани дастгоҳҳои сайёр хеле мувофиқанд. Дар айни замон, тамоюлҳои асосии таҳияи технологияи конвертерҳои DC-DC иборатанд аз: технологияи басомади баланд: бо афзоиши басомади коммутатор андозаи конвертери коммутаторӣ низ кам мешавад, зичии қувваи барқ ​​хеле зиёд шуд ва динамикӣ вокуниш такмил дода шуд. Хурд

Басомади гузариши табдилдиҳандаи барқи DC-DC ба сатҳи мегагерц мерасад. Технологияи шиддати пасти баромад: Бо рушди муттасили технологияи истеҳсоли нимноқилҳо, шиддати кори микропросессорҳо ва таҷҳизоти электронии сайёр пасттар ва пасттар мешавад, ки дар оянда табдилдиҳандаи DC-DC метавонад шиддати пасти баромадро барои мутобиқ шудан ба микропросессор ва таҷҳизоти электронии сайёр таъмин кунад. талаб мекунад, ки табдилдиҳандаи DC-DC оянда метавонад шиддати пасти баромадро барои мутобиқ шудан ба микропросессор таъмин кунад.

Барои таъмини шиддати пасти баромад барои мутобиқ шудан ба микропросессорҳо ва таҷҳизоти сайёри электронӣ кофӣ аст. Ин пешрафтҳои технологӣ барои тарҳрезии схемаҳои чипҳои таъминоти барқ ​​​​талаботи баландтар ба миён мегузоранд. Пеш аз ҳама, бо афзоиши басомади коммутатсионӣ, иҷрои ҷузъҳои коммутатсионӣ ба пеш гузошта мешавад

Талаботи баланд барои иҷрои унсури коммутатсионӣ, ва бояд дорои схемаи гардонандаи элементи коммутатсионӣ дахлдор барои таъмини он, ки элементи коммутатсионӣ дар басомади коммутатсионӣ то сатҳи мегагерц кори муқаррарӣ. Дуюм, барои дастгоҳҳои электронии сайёр, ки бо батарея кор мекунанд, шиддати кори схема паст аст (масалан, дар мавриди батареяҳои литий).

Батареяҳои литий, масалан, шиддати кории 2,5 ~ 3,6V), аз ин рӯ чипи таъмини барқ ​​барои шиддати пасттар.

MOSFET дорои муқовимати хеле кам, истеъмоли ками энергия аст, дар чипи маъмули баландсамари DC-DC бештар MOSFET ҳамчун гузариши барқ. Аммо, аз сабаби иқтидори зиёди паразитии MOSFETs. Ин ба тарҳрезии схемаҳои коммутаторҳои найча барои тарҳрезии конвертерҳои басомади баланди корӣ DC-DC талаботи баландтар мегузорад. Схемаҳои гуногуни мантиқии CMOS, BiCMOS мавҷуданд, ки бо истифода аз сохтори пурзӯри пурборкунанда ва схемаҳои драйвер ҳамчун сарбории бузурги иқтидор дар тарҳи ULSI шиддати паст истифода мешаванд. Ин схемаҳо дар шароити интиқоли шиддати камтар аз 1V қодиранд дуруст кор кунанд ва дар шароити иқтидори сарбории 1 ~ 2pF кор карда метавонанд, басомади метавонад ба даҳҳо мегабит ва ҳатто садҳо мегагерт бирасад. Дар ин мақола, схемаи пурзӯри пурборкунанда барои тарҳрезии қобилияти гардонандаи иқтидори сарборӣ истифода мешавад, ки барои шиддати паст ва басомади баланди коммутатсионӣ схемаи табдилдиҳандаи DC-DC мувофиқ аст. Шиддати паст ва PWM барои рондани MOSFET-ҳои баландсифат. сигнали амплитудаи хурди PWM барои пешбурди талаботи шиддати баланди дарвозаи MOSFETs.