Чоң пакет MOSFET драйверинин схемасы

Биринчиден, MOSFET түрү жана түзүлүшү,MOSFETбул FET (башкасы JFET), өркүндөтүлгөн же түгөнүүчү түргө, P-каналына же N-каналына бардыгы болуп төрт түргө даярдалышы мүмкүн, бирок жакшыртылган N-канал MOSFETs жана өркүндөтүлгөн P-канал MOSFETs гана иш жүзүндө колдонуу, ошондуктан адатта NMOS же PMOS деп аталат, бул эки түргө тиешелүү. Жакшыртылган MOSFETтердин бул эки түрү үчүн көбүнчө NMOS колдонулат, себеби каршылыктын аздыгы жана өндүрүү оңой. Ошондуктан, NMOS көбүнчө электр менен камсыз кылуу жана мотор диск колдонмолорун алмаштырууда колдонулат.

Кийинки кириш сөздө, көпчүлүк учурларда NMOS үстөмдүк кылат. паразиттик сыйымдуулук MOSFETтин үч төөнөгүчүнүн ортосунда бар, бул өзгөчөлүк кереги жок, бирок өндүрүш процессинин чектөөлөрүнөн улам пайда болот. Паразиттик сыйымдуулуктун болушу драйвер схемасын иштеп чыгууну же тандоону бир аз татаалдаштырат. Дренаж менен булактын ортосунда мите диод бар. Бул дене диоду деп аталат жана моторлор сыяктуу индуктивдүү жүктөрдү айдоодо маанилүү. Айтмакчы, дененин диоду жеке MOSFETтерде гана бар жана адатта IC чиптин ичинде жок.

MOSFETкоммутация түтүгүн жоготуу, ал NMOS же PMOS болобу, каршылыктын өткөрүлүшүнөн кийин, ток бул каршылыкта энергияны керектейт, керектелүүчү энергиянын бул бөлүгү өткөргүчтүк жоготуу деп аталат. Каршылыгы төмөн MOSFETтерди тандоо каршылык жоготууларын азайтат. Азыркы учурда, аз кубаттуу MOSFETтердин каршылыгы жалпысынан ондогон миллиомдорду түзөт жана бир нече миллиомдор да бар. MOSFETтер күйгүзүлүп жана өчүп турганда бир заматта бүтпөшү керек. Бул жерде чыңалуу азаят. MOSFETтин эки учу жана ал аркылуу агып жаткан токтун көбөйүү процесси бар. Бул убакыттын ичинде MOSFETтин жоголушу болуп саналат. чыңалуу менен токтун продуктусу, ал коммутация жоготуусу деп аталат. Адатта, коммутация жоготуу өткөргүчтүк жоготууга караганда бир топ чоң болот, жана которуу жыштыгы канчалык тез болсо, жоготуу ошончолук чоң болот. Жүргүзүү моментиндеги чыңалуу менен токтун көбөйтүлүшү өтө чоң, натыйжада чоң жоготуулар болот. Которуу убактысын кыскартуу ар бир өткөргүчтө жоготууларды азайтат; которуштуруу жыштыгын азайтуу убакыт бирдигине өчүргүчтөрдүн санын азайтат. Бул эки ыкма тең коммутация жоготууларын азайтат.

Биполярдык транзисторлорго салыштырганда, а жасоо үчүн эч кандай ток талап кылынбайт деп эсептелетMOSFETGS чыңалуусу белгилүү бир мааниден жогору болсо, өткөрүү. Бул оңой, бирок бизге ылдамдык керек. MOSFET түзүмүндө көрүнүп тургандай, GS, GD ортосунда мите сыйымдуулук бар жана MOSFETтин кыймылдаткычы, чындыгында, сыйымдуулуктун заряды жана разряды. Конденсаторду заряддоо токту талап кылат, анткени конденсаторду заматта заряддоо кыска туташуу катары каралышы мүмкүн, андыктан көз ирмемдик ток жогору болот. MOSFET драйверин тандоодо/конструкциялоодо көңүл бура турган биринчи нерсе - бул берилиши мүмкүн болгон заматта кыска туташуу токунун өлчөмү.

Экинчи белгилей кетүүчү нерсе, көбүнчө жогорку деңгээлдеги NMOS дискинде колдонулган дарбазанын өз убагындагы чыңалышы булактан чоңураак болушу керек. Булак чыңалуусу жана дренаждык чыңалуу (VCC) боюнча жогорку деңгээлдеги MOSFET диски бирдей, ошондуктан VCC 4V же 10V караганда дарбаза чыңалуусу. эгерде ошол эле системада болсо, VCCге караганда чоңураак чыңалууну алуу үчүн, биз күчөтүү схемасында адистешишибиз керек. Көптөгөн мотор айдоочуларында интегралдык заряд насостору бар, MOSFETди айдап чыгуу үчүн жетиштүү кыска туташуу агымын алуу үчүн тийиштүү тышкы сыйымдуулукту тандоо керек экенин белгилей кетүү маанилүү. 4V же 10V - чыңалуу боюнча көбүнчө колдонулган MOSFET, дизайн, албетте, сизде белгилүү бир маржа болушу керек. Чыңалуу канчалык жогору болсо, абалдагы ылдамдык ошончолук тезирээк болот жана абалдагы каршылык ошончолук төмөн болот. Азыр ар кандай тармактарда колдонулган кичирээк штаттык чыңалуу MOSFETs дагы бар, бирок 12V автомобиль электроника тутумунда жалпысынан 4V күйгүзүү жетиштүү.MOSFETтин эң көрүнүктүү өзгөчөлүгү - бул жакшынын коммутациялык мүнөздөмөлөрү, ошондуктан ал кеңири колдонулат. электр менен камсыз кылуу жана мотор кыймылдаткычы сыяктуу электрондук коммутациялык схемаларга муктаждык, ошондой эле жарыкты өчүрүү. Өткөргүч өчүргүчтүн ролун аткарган каражаттар, бул өчүргүчтүн жабылышына барабар. NMOS мүнөздөмөлөрү, белгилүү бир мааниден жогору Vgs өткөрөт, булак жерге туташтырылган учурда колдонууга ылайыктуу (төмөнкү диск), дарбазага чейин чыңалуу 4V же 10V.PMOS мүнөздөмөсү, Vgs белгилүү бир мааниден азыраак өткөрөт, булак VCC (жогорку диск) туташкан учурда колдонууга ылайыктуу. Бирок, PMOS жонокой жогорку акыркы драйвер катары колдонсо болот, бирок, NMOS, адатта, каршылык чоң, жогорку баа жана бир нече алмаштыруу түрлөрүнөн улам жогорку акыркы драйверлерде колдонулат.

Азыр MOSFET төмөнкү вольттуу тиркемелерди иштетет, 5V электр менен жабдууну колдонгондо, бул жолу транзистордун транзисторунун 0,7V чыңалуусунун төмөндөшүнөн улам салттуу тотемдик полюстун түзүлүшүн колдонсоңуз, натыйжада дарбазага иш жүзүндө акыркы кошулду. чыңалуу болгону 4,3 В. Бул учурда биз белгилүү бир тобокелдиктердин бар экендиги боюнча MOSFETтин 4,5V номиналдык дарбаза чыңалуусун тандайбыз. Ошол эле көйгөй 3V же башка төмөнкү вольттуу электр менен жабдуу учурларында пайда болот. Кош чыңалуу кээ бир башкаруу схемаларында колдонулат, анда логикалык бөлүмдө типтүү 5V же 3.3V санариптик чыңалуу колдонулат, ал эми кубаттуулук бөлүгү 12V же андан да жогорураак. Эки чыңалуу жалпы негиз аркылуу туташтырылган. Бул төмөнкү чыңалуу тарабына жогорку чыңалуу тараптагы MOSFETти эффективдүү башкарууга мүмкүндүк берген схеманы колдонуу талабын коёт, ал эми жогорку чыңалуу тараптагы MOSFET 1 жана 2де айтылган көйгөйлөргө туш болот. Үч учурда тең, тотемдик полюстун түзүлүшү чыгаруу талаптарына жооп бере албайт жана көптөгөн MOSFET драйверинин IC'лери дарбаза чыңалуусун чектөө структурасын камтыбайт окшойт. Киргизүүчү чыңалуу туруктуу маани эмес, ал убакытка же башка факторлорго жараша өзгөрүп турат. Бул вариация PWM схемасы тарабынан MOSFETге берилген диск чыңалуусун туруксуз кылат. MOSFETти жогорку дарбаза чыңалууларынан коопсуз кылуу үчүн, көптөгөн MOSFETтерде дарбаза чыңалуусунун амплитудасын күч менен чектөө үчүн орнотулган чыңалуу жөнгө салгычтары бар.

Бул учурда, берилген чыңалуу жөнгө салгычтын чыңалуусунан ашып кеткенде, ал чоң статикалык энергия керектөөгө алып келет. Ошол эле учурда, эгерде сиз дарбазанын чыңалуусун азайтуу үчүн жөн гана резистордук чыңалуу бөлгүч принцибинин колдонулушуна алып келет. жогорку кириш чыңалуу, MOSFET жакшы иштейт, ал эми кирүү чыңалуу дарбазанын чыңалуу жетишсиз толук өткөргүчтү алып келиши үчүн жетишсиз болгондо төмөндөйт, ошентип, электр керектөөсүн көбөйтөт.

Салыштырмалуу жалпы схема бул жерде NMOS драйверинин схемасы үчүн гана жөнөкөй талдоо жүргүзүү үчүн: Vl жана Vh төмөн жана жогорку кубат менен камсыз кылуу болуп саналат, тиешелүүлүгүнө жараша эки чыңалуу бирдей болушу мүмкүн, бирок Vl Vh ашпашы керек. Q1 жана Q2 обочолонууга жетүү үчүн жана ошол эле учурда Q3 жана Q4 эки айдоочу түтүкчөлөрү бир эле учурда күйүп калбасын камсыз кылуу үчүн колдонулган тескери тотемдик мамыларды түзөт. R2 жана R3 PWM чыңалуу шилтемесин берет жана бул маалымдаманы өзгөртүү менен сиз схеманы жакшы иштете аласыз жана дарбазанын чыңалуусу кылдат өткөрүүнү пайда кылуу үчүн жетишсиз болуп, электр энергиясын керектөөнү көбөйтөт. R2 жана R3 PWM чыңалуу шилтемесин берет, бул маалымдаманы өзгөртүү менен, сиз PWM сигналынын толкун формасында чынжырдын салыштырмалуу тик жана түз абалда иштешине уруксат бере аласыз. Q3 жана Q4 диск токту камсыз кылуу үчүн колдонулат, өз убагында, Vh жана GNDге салыштырмалуу Q3 жана Q4 Vce чыңалуунун төмөндөшүнүн эң азы гана, бул чыңалуунун төмөндөшү адатта болгону 0,3V же андан да төмөн болот. 0,7V Vce R5 жана R6 дарбазасынын чыңалуусун тандап алуу үчүн кайтарым байланыш резисторлору болуп саналат, чыңалууну тандап алгандан кийин, дарбазанын чыңалуусу дарбазага кайтарым резистор катары колдонулат чыңалуу, ал эми үлгүдөгү чыңалуу дарбаза чыңалуу үчүн колдонулат. R5 жана R6 - бул дарбазанын чыңалуусун тандап алуу үчүн колдонулган резисторлор, андан кийин Q1 жана Q2 негиздеринде күчтүү терс пикир түзүү үчүн Q5 аркылуу өткөрүлөт, ошентип дарбаза чыңалуусун чектүү мааниге чейин чектейт. Бул маани R5 жана R6 менен жөнгө салынышы мүмкүн. Акырында, R1 базалык токтун Q3 жана Q4 үчүн чектөөсүн камсыз кылат, ал эми R4 Q3Q4 Музунун чектөөсү болгон MOSFETтерге дарбаза токунун чектөөсүн камсыз кылат. Зарыл болсо, тездетүү конденсаторун R4 жогору параллелдүү туташтырууга болот.                                         

Портативдик түзүлүштөрдү жана зымсыз өнүмдөрдү долбоорлоодо, продуктунун иштешин жакшыртуу жана батареянын иштөө убактысын узартуу - дизайнерлер эки маселе менен бетме-бет келиши керек. DC-DC конвертерлери портативдик кубат үчүн абдан ылайыктуу болгон жогорку эффективдүү, жогорку өндүрүштүк токтун жана аз тынч токтун артыкчылыктарына ээ. түзмөктөр.

DC-DC өзгөрткүчтөрү портативдик түзүлүштөрдү кубаттандыруу үчүн абдан ылайыктуу болгон жогорку натыйжалуулуктун, жогорку өндүрүштүк токтун жана аз тынч токтун артыкчылыктарына ээ. Учурда DC-DC конвертерлерин долбоорлоо технологиясын өнүктүрүүнүн негизги тенденцияларына төмөнкүлөр кирет: жогорку жыштыктагы технология: которуштуруу жыштыгынын көбөйүшү менен коммутаторлордун өлчөмү да кичирейип, кубаттуулуктун тыгыздыгы бир топ көбөйдү жана динамикалык жооп жакшыртылды. Small

Power DC-DC өзгөрткүчтүн которуу жыштыгы мегагерц деңгээлине чейин көтөрүлөт. Төмөн чыгыш чыңалуу технологиясы: Жарым өткөргүчтөрдү өндүрүү технологиясынын тынымсыз өнүгүшү менен микропроцессорлор жана портативдик электрондук жабдуулардын иштөө чыңалуусу барган сайын төмөндөп баратат, бул келечекте DC-DC конвертер микропроцессорго жана көчмө электрондук жабдууларга ыңгайлашуу үчүн төмөнкү чыгыш чыңалуусун камсыз кыла алат. келечектеги DC-DC конвертер микропроцессорго ыңгайлашуу үчүн төмөнкү чыгыш чыңалуусун камсыздай алат.

Микропроцессорлорго жана портативдүү электрондук жабдууларга ыңгайлашуу үчүн төмөн чыгуу чыңалуусун камсыз кылуу үчүн жетиштүү. Бул технологиялык иштеп чыгуулар электр менен жабдуу чип схемаларын долбоорлоо үчүн жогорку талаптарды алдыга койду. Биринчи кезекте, которуштуруу жыштыгынын өсүшү менен, коммутация компоненттеринин иштеши алдыга коюлат

Которуу элементинин иштешине жогорку талаптар коюлуп, которуштуруу жыштыгында коммутация элементинин нормалдуу иштешинин мегагерц деңгээлине чейин болушун камсыз кылуу үчүн тиешелүү коммутациялоочу элементтин кыймылдаткыч схемасы болушу керек. Экинчиден, батарейка менен иштеген көчмө электрондук түзүлүштөр үчүн чынжырдын иштөө чыңалуусу төмөн (мисалы, литий батарейкаларында).

Литий батареялары, мисалы, 2,5 ~ 3,6V иш чыңалуу), ошондуктан төмөнкү чыңалуу үчүн электр менен жабдуу чип.

MOSFET өтө аз каршылыкка ээ, аз энергия керектөөсү бар, азыркы популярдуу жогорку эффективдүү DC-DC чипинде кубат которгучу катары көбүрөөк MOSFET. Бирок, MOSFETтердин чоң мите сыйымдуулугуна байланыштуу. Бул жогорку иш жыштыгы DC-DC өзгөрткүчтөрүн долбоорлоо үчүн өтүүчү түтүк драйверинин схемаларын долбоорлоого жогорку талаптарды коёт. Төмөн чыңалуудагы ULSI дизайнында чоң сыйымдуулук жүктөр катары жүктөөнү күчөтүү структурасын жана драйвер схемаларын колдонгон ар кандай CMOS, BiCMOS логикалык схемалары бар. Бул схемалар 1V кем чыңалуу менен камсыз кылуу шарттарында туура иштей алат, жана жүк сыйымдуулугу 1 ~ 2pF жыштыгы шартында иштей алат мегабит ондогон же жүздөгөн мегагерц жетиши мүмкүн. Бул макалада жүктөөнү күчөтүү схемасы төмөн вольттуу, жогорку которуштуруу жыштыгын жогорулатуучу DC-DC конвертер дискинин чынжырына ылайыктуу, чоң жүк сыйымдуулугунун диск мүмкүнчүлүктөрүн долбоорлоо үчүн колдонулат. Төмөнкү чыңалуу жана PWM жогорку деңгээлдеги MOSFETтерди айдайт. кичинекей амплитудалуу PWM сигналы MOSFETтердин жогорку дарбаза чыңалуу талаптарын аткаруу үчүн.