MOSFET дониш ва татбиқи аслии аслӣ

Дар бораи он ки чаро режими тамомшавӣMOSFETsистифода намешаванд, ба поёни он расидан тавсия дода намешавад.

Барои ин ду ҳолати такмилдиҳии MOSFET, NMOS бештар истифода мешавад. 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 NMOS бештар истифода мешавад.

Дар байни се пинҳои MOSFET як зарфияти паразитӣ мавҷуд аст. Ин чизест, ки ба мо лозим нест, балки аз сабаби маҳдудиятҳои раванди истеҳсолӣ ба вуҷуд омадааст. Мавҷудияти иқтидори паразитӣ онро ҳангоми тарҳрезӣ ё интихоби схемаи гардонанда мушкилтар мекунад, аммо роҳи пешгирӣ кардани он вуҷуд надорад. Мо онро баъдтар муфассал муаррифӣ хоҳем кард.

Дар байни дренаж ва манбаъ диоди паразитӣ мавҷуд аст. Ин диоди бадан номида мешавад. Ин диод ҳангоми рондани бори индуктивӣ (масалан, муҳаррикҳо) хеле муҳим аст. Дар омади гап, диоди бадан танҳо дар як MOSFET мавҷуд аст ва одатан дар дохили микросхемаҳои интегралӣ пайдо намешавад.

 

2. Хусусиятҳои интиқоли MOSFET

Гузариш маънои онро дорад, ки ҳамчун коммутатор амал мекунад, ки ба баста шудани коммутатор баробар аст.

Хусусияти NMOS дар он аст, ки он вақте ки Vgs аз арзиши муайян зиёдтар аст, фаъол мешавад. Он барои истифода мувофиқ аст, вақте ки манбаъ ба замин пайваст аст (диски паст), то даме ки шиддати дарвоза ба 4V ё 10V мерасад.

Хусусиятҳои PMOS дар он аст, ки он вақте фаъол мешавад, ки Vgs аз арзиши муайян камтар аст, ки барои ҳолатҳое мувофиқ аст, ки манбаъ ба VCC (диски олӣ) пайваст аст. Бо вуҷуди ин, гарчандеPMOSметавонад ба осонӣ ҳамчун ронандаи олӣ истифода шавад, NMOS одатан дар ронандагони олӣ аз сабаби муқовимати калон, нархи баланд ва якчанд намуди ивазкунӣ истифода мешавад.

 

3. Аз даст додани найчаи гузариш MOS

Новобаста аз он ки он NMOS ё PMOS аст, пас аз фурӯзон кардани он муқовимат вуҷуд дорад, аз ин рӯ ҷараёни ин муқовимат энергияро сарф мекунад. Ин қисми энергияи истеъмолшуда талафоти интиқол номида мешавад. Интихоби MOSFET бо муқовимати хурд талафоти интиқолро коҳиш медиҳад. Муқовимати камқуввати MOSFET-и имрӯза одатан тақрибан даҳҳо миллиомро ташкил медиҳад ва инчунин якчанд миллионҳо вуҷуд доранд.

Вақте ки MOSFET фурӯзон ва хомӯш карда мешавад, он набояд фавран анҷом дода шавад. Шиддат дар MOS раванди коҳишёбанда дорад ва ҷараёни ҷорӣ раванди афзоишёбанда дорад. Дар ин давра, дарMOSFETталафот ҳосили шиддат ва ҷараён аст, ки онро талафоти коммутатсионӣ меноманд. Одатан талафоти коммутатсионӣ нисбат ба талафоти интиқол хеле калонтар аст ва басомади гузариш ҳар қадар тезтар бошад, талафот ҳамон қадар зиёд мешавад.

Хосили шиддат ва чараён дар лахзаи гузариш хеле калон буда, талафоти калон медихад. Коҳиш додани вақти гузариш метавонад талафотро дар ҳар як интиқол кам кунад; кам кардани басомади гузариш метавонад шумораи коммутаторҳоро дар як воҳиди вақт кам кунад. Ҳарду усул метавонанд талафоти гузаришро кам кунанд.

Шакли мавҷ вақте ки MOSFET фаъол аст. Дидан мумкин аст, ки махсули шиддат ва чараён дар лахзаи гузариш хеле калон буда, талафоти ба амаломада низ хеле калон аст. Коҳиш додани вақти гузариш метавонад талафотро дар ҳар як интиқол кам кунад; кам кардани басомади гузариш метавонад шумораи коммутаторҳоро дар як воҳиди вақт кам кунад. Ҳарду усул метавонанд талафоти гузаришро кам кунанд.

 

4. Ронандаи MOSFET

Дар муқоиса бо транзисторҳои биполярӣ, одатан чунин мешуморанд, ки барои фаъол кардани MOSFET ҷараён лозим нест, то даме ки шиддати GS аз арзиши муайян баландтар бошад. Ин корро кардан осон аст, аммо ба мо суръат низ лозим аст.

Дар сохтори MOSFET дидан мумкин аст, ки дар байни GS ва GD як зарфияти паразитӣ мавҷуд аст ва рондани MOSFET воқеан заряд ва разряди конденсатор мебошад. Барои пур кардани конденсатор ҷараён лозим аст, зеро конденсаторро дар лаҳзаи барқгирӣ ҳамчун ноқилҳои кӯтоҳ ҳисоб кардан мумкин аст, бинобар ин ҷараёни фаврӣ нисбатан калон хоҳад буд. Аввалин чизе, ки ҳангоми интихоб/тарҳрезии драйвери MOSFET бояд ба он диққат диҳем, ин миқдори ҷараёни фаврии кӯтоҳи ноқил мебошад, ки он метавонад таъмин кунад. .

Чизи дуюми бояд қайд кард, ки NMOS, ки одатан барои рондани баландсифат истифода мешавад, бояд шиддати дарвоза ҳангоми фурӯзон аз шиддати манбаъ зиёдтар бошад. Вақте ки MOSFET-и аз паҳлӯи баланд идорашаванда фаъол мешавад, шиддати манбаъ бо шиддати дренаж (VCC) якхела аст, бинобар ин шиддати дарвоза дар айни замон аз VCC 4V ё 10V зиёдтар аст. Агар шумо хоҳед, ки дар як система шиддат аз VCC калонтар ба даст оред, ба шумо схемаи махсуси пурқувват лозим аст. Бисёр ронандагон насосҳои пуркунандаи барқро доранд. Бояд қайд кард, ки конденсатори мувофиқи беруна бояд барои ба даст овардани ҷараёни кофии ноқилҳои кӯтоҳ барои рондани MOSFET интихоб карда шавад.

 

4V ё 10V, ки дар боло зикр шуд, шиддати фаъоли MOSFET-ҳои маъмулан истифодашаванда мебошад ва албатта ҳангоми тарҳрезӣ бояд маржаи муайян иҷозат дода шавад. Ва ҳар қадаре ки шиддат баланд бошад, ҳамон қадар суръати интиқол тезтар ва муқовимати интиқол камтар мешавад. Ҳоло MOSFET-ҳо мавҷуданд, ки шиддати интиқоли камтар дар соҳаҳои гуногун истифода мешаванд, аммо дар системаҳои электронии автомобилии 12V, умуман интиқоли 4V кофӣ аст.

 

Барои схемаи драйвери MOSFET ва талафоти он, лутфан ба Microchip AN799 Мутобиқсозии Драйверҳои MOSFET ба MOSFET муроҷиат кунед. Ин хеле муфассал аст, бинобар ин ман бештар наменависам.

 

Хосили шиддат ва чараён дар лахзаи гузариш хеле калон буда, талафоти калон медихад. Коҳиш додани вақти гузариш метавонад талафотро дар ҳар як интиқол кам кунад; кам кардани басомади гузариш метавонад шумораи коммутаторҳоро дар як воҳиди вақт кам кунад. Ҳарду усул метавонанд талафоти гузаришро кам кунанд.

MOSFET як навъи FET аст (дигараш JFET аст). Он метавонад ба ҳолати такмилдиҳӣ ё ҳолати тамомшавӣ, P-kanal ё N-канал, ҳамагӣ 4 намуд табдил дода шавад. Аммо, воқеан танҳо MOSFET-и такмилдиҳии N-канал истифода мешавад. ва такмилдиҳии навъи P-канал MOSFET, аз ин рӯ NMOS ё PMOS одатан ба ин ду намуд ишора мекунанд.

 

5. Схемаи барномаи MOSFET?

Хусусияти муҳимтарини MOSFET хусусиятҳои хуби коммутатсионӣ мебошад, аз ин рӯ он дар схемаҳое истифода мешавад, ки коммутаторҳои электронӣ, аз қабили интиқоли қувваи барқ ​​​​ва драйвҳои мотор, инчунин кам кардани равшанӣ талаб мекунанд.

 

Ронандагони имрӯзаи MOSFET якчанд талаботи махсус доранд:

1. Аризаи шиддати паст

Ҳангоми истифодаи қувваи барқи 5V, агар дар айни замон сохтори қутби анъанавии тотем истифода шавад, азбаски транзистор пастшавии шиддати тақрибан 0,7 В дорад, шиддати воқеии ниҳоӣ ба дарвоза танҳо 4,3 В аст. Дар айни замон, мо қувваи номиналии дарвозаро интихоб мекунем

Ҳангоми истифодаи MOSFET 4.5V хатари муайян вуҷуд дорад. Ҳамин мушкилот ҳангоми истифодаи 3V ё дигар манбаъҳои барқии пастшиддат низ ба амал меояд.

2. Аризаи шиддати васеъ

Шиддати вуруд арзиши собит нест, он бо мурури замон ё омилҳои дигар тағир меёбад. Ин тағирот боиси ноустувории шиддати ронандагӣ мегардад, ки аз ҷониби схемаи PWM ба MOSFET дода шудааст.

Барои бехатарии MOSFET-ҳо дар зери шиддати баланди дарвоза, бисёре аз MOSFETҳо танзимгари шиддати дарунсохт доранд, то амплитудаи шиддати дарвозаро маҷбуран маҳдуд кунанд. Дар ин ҳолат, вақте ки шиддати ронандагӣ аз шиддати найи танзимкунандаи шиддат зиёд мешавад, ин боиси истеъмоли зиёди қувваи статикӣ мегардад.

Дар айни замон, агар шумо танҳо принсипи тақсими шиддати резисторро барои паст кардани шиддати дарвоза истифода баред, MOSFET ҳангоми нисбатан баланд будани шиддати вуруд хуб кор мекунад, аммо вақте ки шиддати вуруд кам мешавад, шиддати дарвоза нокифоя хоҳад буд, ки боиси пайдо шудани шиддати дарвоза мегардад. гузарондани нопурра ва ба ин васила сарфи кувваи электрро зиёд мекунад.

3. Аризаи шиддати дугона

Дар баъзе схемаҳои идоракунӣ, қисми мантиқӣ шиддати рақамии маъмулии 5V ё 3.3V-ро истифода мебарад, дар ҳоле ки қисми барқ ​​​​шиддати 12V ё ҳатто баландтарро истифода мебарад. Ду шиддат ба замини умумӣ пайваст карда шудаанд.

Ин талаботро барои истифодаи схема ба миён меорад, то ҷониби пастшиддат MOSFET-ро дар тарафи баландшиддат самаранок идора кунад. Ҳамзамон, MOSFET дар паҳлӯи баландшиддат низ бо мушкилоте, ки дар 1 ва 2 зикр шудаанд, дучор хоҳад шуд.

Дар ин се ҳолат, сохтори қутби тотем ба талаботи баромад ҷавобгӯ буда наметавонад ва бисёре аз IC-ҳои ронандаи MOSFET, ки ба назар чунин менамояд, сохторҳои маҳдудкунандаи шиддати дарвозаро дар бар намегиранд.

 

Ҳамин тавр, ман як схемаи нисбатан умумиро барои қонеъ кардани ин се ниёз тарҳрезӣ кардам.

.

Схемаи ронанда барои NMOS

Дар ин ҷо ман танҳо як таҳлили оддии схемаи драйвери NMOS -ро иҷро мекунам:

Vl ва Vh мутаносибан таъминоти барқии паст ва баландтарин мебошанд. Ҳарду шиддат метавонанд якхела бошанд, аммо Vl набояд аз Vh зиёд бошад.

Q1 ва Q2 як сутуни тотеми баръаксро ташкил медиҳанд, то ҷудошавиро ба даст оранд ва кафолат медиҳанд, ки ду найчаи ронанда Q3 ва Q4 дар як вақт фаъол нашаванд.

R2 ва R3 маълумотномаи шиддати PWM-ро таъмин мекунанд. Бо тағир додани ин истинод, схемаро дар ҷойе кор кардан мумкин аст, ки шакли мавҷи сигнали PWM нисбатан нишеб аст.

Q3 ва Q4 барои таъмини ҷараёни гардонанда истифода мешаванд. Ҳангоми фурӯзон, Q3 ва Q4 танҳо пастшавии ҳадди ақали шиддати Vce нисбат ба Vh ва GND доранд. Ин пастшавии шиддат одатан танҳо тақрибан 0,3 В аст, ки аз Vce аз 0,7 В хеле пасттар аст.

R5 ва R6 резисторҳои бозгашт мебошанд, ки барои намунагирии шиддати дарвоза истифода мешаванд. Шиддати интихобшуда ба асосҳои Q1 ва Q2 то Q5 як аксуламали манфии қавӣ тавлид мекунад ва ҳамин тавр шиддати дарвозаро ба арзиши маҳдуд маҳдуд мекунад. Ин арзишро тавассути R5 ва R6 танзим кардан мумкин аст.

Ниҳоят, R1 маҳдудияти ҷорӣ барои Q3 ва Q4 -ро таъмин мекунад ва R4 маҳдудияти ҷории дарвозаро барои MOSFET таъмин мекунад, ки ин маҳдудияти Ice Q3 ва Q4 мебошад. Агар зарур бошад, конденсатори шитобро дар баробари R4 пайваст кардан мумкин аст.

Ин схема хусусиятҳои зеринро таъмин мекунад:

1. Барои рондани MOSFET-и баландшиддати паст ва PWM -ро истифода баред.

2. Як сигнали амплитудаи хурди PWM-ро барои идора кардани MOSFET бо талаботи шиддати баланди дарвоза истифода баред.

3. Лимити қуллаи шиддати дарвоза

4. Маҳдудиятҳои ҷорӣ ва баромад

5. Бо истифода аз резисторҳои мувофиқ, истеъмоли қувваи барқро хеле кам кардан мумкин аст.

6. Сигнал PWM баръакс аст. NMOS ба ин хусусият ниёз надорад ва онро тавассути гузоштани инвертер дар пеш ҳал кардан мумкин аст.

Ҳангоми тарроҳии дастгоҳҳои сайёр ва маҳсулоти бесим, беҳтар кардани кори маҳсулот ва дароз кардани мӯҳлати батарея ду масъалаест, ки тарроҳон бояд рӯ ба рӯ шаванд. Табдилдиҳандаҳои DC-DC бартариҳои самаранокии баланд, ҷараёни бузурги баромад ва ҷараёни пасти ором доранд, ки онҳоро барои пур кардани дастгоҳҳои сайёр хеле мувофиқ мекунанд. Дар айни замон, тамоюлҳои асосии рушди технологияи тарроҳии конвертери DC-DC инҳоянд: (1) Технологияи басомади баланд: Вақте ки басомади коммутатсионӣ зиёд мешавад, андозаи табдилдиҳандаи коммутатсионӣ низ кам мешавад, зичии қувва низ хеле зиёд мешавад, ва аксуламали динамикӣ беҳтар карда мешавад. . Басомади ивазкунии конвертерҳои камиқтидори DC-DC ба сатҳи мегагерц мерасад. (2) Технологияи шиддати пасти баромад: Бо рушди муттасили технологияи истеҳсоли нимноқилҳо, шиддати кори микропросессорҳо ва дастгоҳҳои электронии сайёр паст ва пасттар мешавад, ки табдилдиҳандаҳои ояндаи DC-DC-ро талаб мекунанд, ки барои мутобиқ шудан ба микропросессорҳо шиддати пасти баромадро таъмин кунанд. талабот ба протсессорҳо ва дастгоҳҳои электронии сайёр.

Инкишофи ин технологияҳо барои тарҳрезии схемаҳои чипҳои барқ ​​​​талаботи баландтар ба миён гузошт. Пеш аз хама, баробари зиёд шудани басомади коммутационй нисбат ба кори элементхои коммутационй талаботи баланд гузошта мешавад. Дар баробари ин, бояд схемаҳои мувофиқи гардонандаи элементҳои коммутатсионӣ таъмин карда шаванд, то ки элементҳои коммутатсионӣ дар басомадҳои коммутатсионӣ то МГс муътадил кор кунанд. Сониян, барои дастгоҳҳои электронии сайёр, ки бо батарея кор мекунад, шиддати кории занҷир паст аст (ба мисоли батареяҳои литий, шиддати корӣ 2,5 ~ 3,6 В аст), бинобар ин, шиддати кории чипи барқ ​​паст аст.

 

MOSFET муқовимати хеле паст дорад ва энергияи кам истеъмол мекунад. MOSFET аксар вақт ҳамчун гузаргоҳи барқ ​​​​дар микросхемаҳои машҳури DC-DC истифода мешавад. Аммо, аз сабаби иқтидори зиёди паразитии MOSFET, иқтидори дарвозаи қубурҳои коммутатсионӣ NMOS умуман то даҳҳо пикофарадҳо баланд аст. Ин талаботҳои баландтарро барои тарҳрезии басомади баланди корӣ табдилдиҳандаи DC-DC ивазкунандаи схемаи гардонандаи қубур мегузорад.

Дар тарҳҳои ULSI-и пастшиддат, як қатор схемаҳои мантиқии CMOS ва BiCMOS мавҷуданд, ки бо истифода аз сохторҳои пурзӯри пурборкунанда ва схемаҳои гардонанда ҳамчун сарбории бузурги иқтидор. Ин схемаҳо метавонанд бо шиддати қувваи барқ ​​камтар аз 1V кор кунанд ва метавонанд дар басомади даҳҳо мегагерт ё ҳатто садҳо мегагерт бо зарфияти сарбории аз 1 то 2pF кор кунанд. Ин мақола барои тарҳрезии як схемаи гардонанда бо қобилияти гардонандаи иқтидори сарбории калон, ки барои табдилдиҳандаҳои шиддати паст, басомади баланди гузариши DC-DC мувофиқ аст, схемаи пурзӯри пурборкуниро истифода мебарад. Схема дар асоси раванди Samsung AHP615 BiCMOS тарҳрезӣ шудааст ва бо симулятсияи Hspice тасдиқ шудааст. Вақте ки шиддати таъминот 1,5V ва зарфияти сарборӣ 60pF аст, басомади корӣ метавонад ба зиёда аз 5 МГс расад.

.

Хусусиятҳои гузариш MOSFET

.

1. Хусусиятҳои статикӣ

Ҳамчун унсури гузариш, MOSFET инчунин дар ду ҳолат кор мекунад: хомӯш ё фурӯзон. Азбаски MOSFET як ҷузъи бо шиддат идорашаванда аст, ҳолати кории он асосан бо шиддати манбаи дарвозаи uGS муайян карда мешавад.

 

Хусусиятҳои корӣ инҳоянд:

※ uGS＜шиддати фаъол UT: MOSFET дар минтақаи бурида кор мекунад, iDS ҷараёни манбаи дренаж асосан 0, шиддати баромади uDS≈UDD ва MOSFET дар ҳолати "хомӯш" аст.

※ uGS> Шиддати фаъолкунии UT: MOSFET дар минтақаи интиқол кор мекунад, ҷараёни дренажӣ iDS=UDD/(RD+rDS). Дар байни онҳо, rDS муқовимат ба дренаж ҳангоми фаъол кардани MOSFET мебошад. Шиддати баромад UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), агар rDS＜＜RD, uDS≈0V бошад, MOSFET дар ҳолати "фаъол" аст.

2. Хусусиятҳои динамикӣ

MOSFET инчунин як раванди гузаришро ҳангоми гузаштан байни ҳолати фаъол ва хомӯш дорад, аммо хусусиятҳои динамикии он асосан аз вақти лозим барои пур кардан ва холӣ кардани иқтидори гумшудаи марбут ба схема ва ҷамъшавӣ ва разряди заряд ҳангоми фурӯзон ва хомӯш будани қубур вобаста аст. Вақти паҳншавӣ хеле кам аст.

Вақте ки ui шиддати вуруд аз баланд ба паст тағйир меёбад ва MOSFET аз ҳолати фаъол ба ҳолати хомӯш мегузарад, таъминоти барқ ​​UDD иқтидори гумшудаи CL тавассути RD ва доимии вақти пуркунии барқро τ1=RDCL пур мекунад. Бинобар ин, шиддати баромади uo пеш аз гузаштан аз сатҳи паст ба сатҳи баланд бояд таъхири муайянро гузарад; ҳангоме ки шиддати вуруди ui аз паст ба баланд тағйир меёбад ва MOSFET аз ҳолати хомӯш ба ҳолати фаъол мегузарад, заряд дар иқтидори гумшудаи CL аз rDS мегузарад Пардохт бо доимии вақти разряд τ2≈rDSCL ба амал меояд. Мумкин аст, ки шиддати баромади Uo низ пеш аз гузаштан ба сатҳи паст ба таъхири муайян ниёз дорад. Аммо азбаски rDS аз RD хеле хурдтар аст, вақти табдилдиҳӣ аз буридан ба интиқол аз вақти табдилдиҳӣ аз интиқол ба буридан кӯтоҳтар аст.

Азбаски муқовимати rDS ба манбаи дренажии MOSFET ҳангоми ба кор даровардани он аз муқовимати сершавии rCES транзистор хеле калонтар аст ва муқовимати резиши беруна RD низ аз муқовимати коллекторӣ RC транзистор калонтар аст, вақти пуркунӣ ва холӣ аз MOSFET дарозтар аст ва MOSFET-ро месозад Суръати гузариш нисбат ба транзистор пасттар аст. Аммо, дар схемаҳои CMOS, азбаски схемаи барқгиранда ва разряд ҳарду схемаҳои муқовимати паст мебошанд, равандҳои пуркунӣ ва холӣ нисбатан зуд мебошанд, ки боиси суръати баланди гузариш барои схемаи CMOS мегардад.