Katta paketli MOSFET haydovchi sxemasi

Avvalo, MOSFET turi va tuzilishi,MOSFETbu FET (boshqasi JFET), kengaytirilgan yoki kamaytiruvchi turdagi, P-kanal yoki N-kanal jami to'rtta turdagi ishlab chiqarilishi mumkin, lekin faqat takomillashtirilgan N-kanalli MOSFETs va kengaytirilgan P-kanal MOSFET-larning amalda qo'llanilishi, shuning uchun odatda NMOS yoki PMOS deb ataladi, bu ikki turga tegishli. Ushbu ikki turdagi takomillashtirilgan MOSFETlar uchun NMOS ko'proq qo'llaniladi, sababi qarshilik kichik va ishlab chiqarish oson. Shuning uchun NMOS odatda elektr ta'minoti va vosita haydovchi ilovalarini almashtirishda qo'llaniladi.

Quyidagi kirish qismida, aksariyat hollarda NMOS ustunlik qiladi. MOSFET ning uchta pinlari orasida parazitar sig'im mavjud bo'lib, bu xususiyat kerak emas, lekin ishlab chiqarish jarayoni cheklovlari tufayli paydo bo'ladi. Parazit sig'imning mavjudligi haydovchi sxemasini loyihalash yoki tanlashni biroz qiyinlashtiradi. Drenaj va manba o'rtasida parazit diod mavjud. Bu korpus diyoti deb ataladi va motorlar kabi induktiv yuklarni boshqarishda muhim ahamiyatga ega. Aytgancha, korpus diodi faqat individual MOSFETlarda mavjud va odatda IC chipida mavjud emas.

MOSFETkommutatsiya trubkasi yo'qolishi, u NMOS yoki PMOS bo'ladimi, yoqilgan qarshilik o'tkazuvchanligi mavjud bo'lgandan keyin, shuning uchun oqim bu qarshilikda energiyani iste'mol qiladi, iste'mol qilinadigan energiyaning bu qismi o'tkazuvchanlik yo'qolishi deb ataladi. Kam qarshilikka ega MOSFETlarni tanlash qarshilik yo'qotilishini kamaytiradi. Hozirgi vaqtda kam quvvatli MOSFETlarning qarshiligi odatda o'nlab milliohm atrofida va bir necha milliohm ham mavjud. MOSFETlar yoqilgan va o'chirilgan paytda bir zumda tugallanmasligi kerak. Bu erda kuchlanishni pasaytirish jarayoni mavjud. MOSFETning ikki uchi va u orqali o'tadigan oqimni oshirish jarayoni mavjud. Bu vaqt oralig'ida MOSFETlarning yo'qolishi. kuchlanish va oqimning mahsuloti, bu kommutatsiya yo'qolishi deb ataladi. Odatda kommutatsiya yo'qotilishi o'tkazuvchanlik yo'qotilishidan ancha katta bo'ladi va kommutatsiya chastotasi qanchalik tez bo'lsa, yo'qotish shunchalik katta bo'ladi. O'tkazuvchanlik momentidagi kuchlanish va oqim mahsuloti juda katta bo'lib, katta yo'qotishlarga olib keladi. Kommutatsiya vaqtini qisqartirish har bir o'tkazuvchanlikdagi yo'qotishlarni kamaytiradi; kommutatsiya chastotasini kamaytirish vaqt birligidagi kalitlar sonini kamaytiradi. Ushbu ikkala yondashuv ham kommutatsiya yo'qotishlarini kamaytiradi.

Bipolyar tranzistorlar bilan solishtirganda, odatda, a qilish uchun hech qanday oqim kerak emas, deb ishoniladiMOSFETo'tkazish, agar GS kuchlanishi ma'lum bir qiymatdan yuqori bo'lsa. Buni qilish oson, ammo bizga tezlik ham kerak. MOSFET tuzilishida ko'rib turganingizdek, GS, GD o'rtasida parazitar sig'im mavjud va MOSFETning harakatlanishi, aslida, sig'imning zaryadlanishi va zaryadsizlanishi. Kondensatorni zaryad qilish oqimni talab qiladi, chunki kondansatkichni bir zumda zaryadlash qisqa tutashuv sifatida ko'rinishi mumkin, shuning uchun oniy oqim yuqori bo'ladi. MOSFET drayverini tanlashda/loyihalashda e'tiborga olish kerak bo'lgan birinchi narsa - ta'minlanishi mumkin bo'lgan lahzali qisqa tutashuv oqimining o'lchamidir.

E'tiborga olish kerak bo'lgan ikkinchi narsa shundaki, odatda yuqori darajadagi NMOS-da qo'llaniladi, o'z vaqtida eshik kuchlanishi manba kuchlanishidan kattaroq bo'lishi kerak. Yuqori darajali MOSFET drayveri manba kuchlanishida va drenaj kuchlanishida (VCC) bir xil, shuning uchun eshik kuchlanishi VCC 4V yoki 10V ga qaraganda. agar bir xil tizimda bo'lsa, VCC dan kattaroq kuchlanishni olish uchun biz kuchaytiruvchi sxema bo'yicha ixtisoslashgan bo'lishimiz kerak. Ko'pgina motor drayverlari o'rnatilgan zaryad nasoslariga ega, shuni ta'kidlash kerakki, MOSFETni boshqarish uchun etarli qisqa tutashuv oqimini olish uchun tegishli tashqi sig'imni tanlashingiz kerak. 4V yoki 10V kuchlanish bo'yicha keng tarqalgan ishlatiladigan MOSFET, dizayn, albatta, sizda ma'lum bir chegara bo'lishi kerak. Voltaj qanchalik baland bo'lsa, holatdagi tezlik shunchalik tez bo'ladi va holatdagi qarshilik shunchalik past bo'ladi. Endi turli sohalarda qo'llaniladigan kichikroq kuchlanishli MOSFETlar ham mavjud, ammo 12V avtomobil elektronikasi tizimida, odatda, 4V on-state etarli.MOSFETlarning eng e'tiborga loyiq xususiyati - bu yaxshi kommutatsiya xususiyatlari, shuning uchun u keng tarqalgan bo'lib foydalaniladi. kommutatsiya quvvat manbai va vosita haydovchisi kabi elektron kommutatsiya davrlariga bo'lgan ehtiyoj, shuningdek, yorug'likning xiralashishi. Supero'tkazuvchilar kalitning yopilishiga teng bo'lgan kalit vazifasini bajaradigan vositalar. NMOS xarakteristikalari, ma'lum bir qiymatdan kattaroq Vgs o'tkazadi, manba erga ulangan (past-endli haydovchi) bo'lganda foydalanish uchun yaroqli bo'ladi. kuchlanish 4V yoki 10V.PMOS xarakteristikalari, Vgs ma'lum bir qiymatdan kamroq o'tkazadi, manba VCC (yuqori darajali haydovchi) ga ulangan holda foydalanish uchun mos keladi. Biroq, PMOS-dan yuqori darajadagi haydovchi sifatida osongina foydalanish mumkin bo'lsa-da, NMOS odatda katta qarshilik, yuqori narx va bir nechta almashtirish turlari tufayli yuqori darajadagi drayverlarda qo'llaniladi.

Endi MOSFET past kuchlanishli ilovalarni qo'zg'atadi, 5V quvvat manbaidan foydalanilganda, bu safar an'anaviy totem qutbli strukturadan foydalansangiz, tranzistor tufayli taxminan 0,7V kuchlanish pasayadi, natijada darvozaga haqiqiy yakuniy qo'shiladi. kuchlanish atigi 4,3 V. Bu vaqtda biz ma'lum xavflar mavjudligi bo'yicha MOSFETning 4,5V nominal eshik kuchlanishini tanlaymiz. Xuddi shu muammo 3V yoki boshqa past kuchlanishli elektr ta'minotidan foydalanishda yuzaga keladi. Ikki tomonlama kuchlanish ba'zi nazorat qilish davrlarida qo'llaniladi, bu erda mantiqiy bo'lim odatiy 5V yoki 3,3V raqamli kuchlanishdan foydalanadi va quvvat bo'limi 12V yoki undan yuqoriroq quvvatdan foydalanadi. Ikki kuchlanish umumiy tuproq yordamida ulanadi. Bu past kuchlanish tomoni yuqori kuchlanish tomonida MOSFET ni samarali boshqarish imkonini beruvchi sxemadan foydalanish talabini qo'yadi, yuqori kuchlanish tomonidagi MOSFET esa 1 va 2 da aytib o'tilgan bir xil muammolarga duch keladi. Har uch holatda ham, totem qutb tuzilishi chiqish talablariga javob bera olmaydi va ko'plab tayyor MOSFET drayveri IC'lari eshik kuchlanishini cheklovchi tuzilmani o'z ichiga olmaydi. Kirish kuchlanishi sobit qiymat emas, u vaqt yoki boshqa omillar bilan o'zgaradi. Ushbu o'zgarish PWM pallasida MOSFETga taqdim etilgan qo'zg'alish kuchlanishining beqaror bo'lishiga olib keladi. MOSFET-ni yuqori kuchlanish kuchlanishidan xavfsiz qilish uchun ko'plab MOSFET-larda eshik kuchlanishining amplitudasini majburan cheklash uchun o'rnatilgan voltaj regulyatorlari mavjud.

Bunday holda, taqdim etilgan qo'zg'alish kuchlanishi regulyatorning kuchlanishidan oshib ketganda, bu katta statik quvvat sarfini keltirib chiqaradi. Shu bilan birga, agar siz eshik kuchlanishini kamaytirish uchun oddiygina rezistor kuchlanish bo'luvchi printsipidan foydalansangiz, nisbatan nisbatan bo'ladi. yuqori kirish zo'riqishida, MOSFET yaxshi ishlaydi, shu bilan birga kirish voltaji eshik kuchlanishi etarli darajada to'liq o'tkazuvchanlikka olib kelishi uchun etarli bo'lmaganda kamayadi va shu bilan quvvat sarfini oshiradi.

Bu erda oddiy tahlil qilish uchun NMOS drayveri sxemasi uchun nisbatan keng tarqalgan sxema: Vl va Vh mos ravishda past va yuqori quvvat manbai bo'lib, ikkita kuchlanish bir xil bo'lishi mumkin, lekin Vl Vh dan oshmasligi kerak. Q1 va Q2 izolyatsiyaga erishish va bir vaqtning o'zida ikkita haydovchi trubkasi Q3 va Q4 bir vaqtning o'zida yoqilmasligini ta'minlash uchun ishlatiladigan teskari totem qutbini hosil qiladi. R2 va R3 PWM kuchlanish ma'lumotnomasini ta'minlaydi va ushbu ma'lumotnomani o'zgartirib, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin, va eshik kuchlanishi to'liq o'tkazuvchanlikka olib kelishi uchun etarli emas, shuning uchun quvvat sarfini oshiradi. R2 va R3 PWM kuchlanish ma'lumotnomasini ta'minlaydi, bu ma'lumotnomani o'zgartirib, kontaktlarning zanglashiga PWM signali to'lqin shaklida ishlashga ruxsat berishingiz mumkin. Q3 va Q4 chalg'igan oqimini ta'minlash uchun ishlatiladi, chunki o'z vaqtida, Vh va GND ga nisbatan Q3 va Q4 Vce kuchlanishining minimal pasayishi hisoblanadi, bu kuchlanish pasayishi odatda atigi 0,3V yoki undan ancha past bo'ladi. 0,7V dan ortiq Vce R5 va R6 eshik kuchlanishini namuna olish uchun teskari rezistorlardir, kuchlanish namunasi olingandan so'ng, eshikning kuchlanishi darvozaga qayta aloqa qarshiligi sifatida ishlatiladi. kuchlanish va namunaning kuchlanishi eshik kuchlanishiga ishlatiladi. R5 va R6 eshik kuchlanishini namuna olish uchun ishlatiladigan qayta aloqa rezistorlari bo'lib, ular Q5 orqali Q1 va Q2 asoslarida kuchli salbiy teskari aloqa hosil qilish uchun o'tkaziladi va shu bilan eshik kuchlanishini cheklangan qiymatga cheklaydi. Bu qiymat R5 va R6 tomonidan sozlanishi mumkin. Nihoyat, R1 asosiy oqimning Q3 va Q4 ga cheklanishini ta'minlaydi va R4 MOSFET-larga eshik oqimining cheklanishini ta'minlaydi, bu Q3Q4 muzining cheklanishi. Agar kerak bo'lsa, tezlashtirish kondensatori R4 dan yuqori parallel ravishda ulanishi mumkin.                                         

Portativ qurilmalar va simsiz mahsulotlarni loyihalashda mahsulot unumdorligini oshirish va batareyaning ishlash muddatini uzaytirish dizaynerlar duch kelishi kerak bo'lgan ikkita muammodir.DC-DC konvertorlari portativ quvvat uchun juda mos bo'lgan yuqori samaradorlik, yuqori chiqish oqimi va past sokin oqim afzalliklariga ega. qurilmalar.

DC-DC konvertorlari portativ qurilmalarni quvvatlantirish uchun juda mos bo'lgan yuqori samaradorlik, yuqori chiqish oqimi va past sokin oqimning afzalliklariga ega. Hozirgi vaqtda DC-DC konvertorlarini loyihalash texnologiyasini rivojlantirishning asosiy tendentsiyalari quyidagilardan iborat: yuqori chastotali texnologiya: kommutatsiya chastotasining oshishi bilan kommutatsiya konvertorining hajmi ham kamayadi, quvvat zichligi sezilarli darajada oshdi va dinamik javob yaxshilandi. Kichik

Quvvat DC-DC konvertorini almashtirish chastotasi megahertz darajasiga ko'tariladi. Past chiqish kuchlanish texnologiyasi: Yarimo'tkazgich ishlab chiqarish texnologiyasining uzluksiz rivojlanishi bilan mikroprotsessorlar va ko'chma elektron uskunalarning ish kuchlanishi pasayib bormoqda, bu kelajakda DC-DC konvertorini mikroprotsessorga va portativ elektron jihozlarga moslashish uchun past chiqish kuchlanishini ta'minlashni talab qiladi. kelajakda DC-DC konvertori mikroprotsessorga moslashish uchun past chiqish kuchlanishini ta'minlay oladi.

Mikroprotsessorlar va portativ elektron jihozlarga moslashish uchun past chiqish kuchlanishini ta'minlash uchun etarli. Ushbu texnologik ishlanmalar elektr ta'minoti mikrosxemalarini loyihalash uchun yuqori talablarni qo'yadi. Avvalo, kommutatsiya chastotasining ortishi bilan kommutatsiya komponentlarining ishlashi oldinga suriladi

Kommutatsiya elementining ishlashiga yuqori talablar qo'yiladi va kommutatsiya chastotasidagi kommutatsiya elementining normal ishlashi megahertz darajasiga qadar bo'lishini ta'minlash uchun mos keladigan kommutatsiya elementi qo'zg'alish sxemasiga ega bo'lishi kerak. Ikkinchidan, akkumulyator bilan ishlaydigan portativ elektron qurilmalar uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishi past (masalan, lityum batareyalar uchun).

Lityum batareyalar, masalan, ish kuchlanishi 2,5 ~ 3,6V), shuning uchun past kuchlanish uchun quvvat manbai chipi.

MOSFET juda past qarshilikka ega, kam energiya iste'moli mavjud, hozirgi mashhur yuqori samarali DC-DC chipida quvvat kaliti sifatida ko'proq MOSFET. Biroq, MOSFETlarning katta parazit sig'imi tufayli. Bu yuqori ish chastotali DC-DC konvertorlarini loyihalash uchun kommutatsiya trubkasi haydovchi sxemalarini loyihalash uchun yuqori talablarni qo'yadi. Past kuchlanishli ULSI dizaynida katta sig'imli yuklar sifatida bootstrap kuchaytiruvchi tuzilma va drayver sxemalaridan foydalanadigan turli CMOS, BiCMOS mantiqiy sxemalari mavjud. Ushbu sxemalar 1V dan kam kuchlanishli ta'minot sharoitida to'g'ri ishlashga qodir va yuk sig'imi 1 ~ 2pF chastotasi o'nlab megabitlarga yoki hatto yuzlab megahertsga yetishi mumkin. Ushbu maqolada yuklash chizig'ini kuchaytirish davri past kuchlanishli, yuqori kommutatsiya chastotasini kuchaytiruvchi DC-DC konvertor qo'zg'aysan pallasiga mos keladigan katta yuk sig'imli haydovchi qobiliyatini loyihalash uchun ishlatiladi. Yuqori darajadagi MOSFETlarni boshqarish uchun past kuchlanish va PWM. kichik amplitudali PWM signali MOSFETlarning yuqori kuchlanish talablarini qo'zg'atish uchun.