Malaking Package MOSFET Driver Circuit

Una sa lahat, ang uri at istraktura ng MOSFET,MOSFETay isang FET (isa pa ay JFET), maaaring gawin sa pinahusay o uri ng pagkaubos, P-channel o N-channel sa kabuuan na apat na uri, ngunit ang aktwal na aplikasyon ng mga pinahusay na N-channel MOSFET lamang at pinahusay na P-channel na MOSFET, kaya karaniwang tinutukoy bilang ang NMOS o PMOS ay tumutukoy sa dalawang uri na ito. Para sa dalawang uri ng pinahusay na MOSFET na ito, ang mas karaniwang ginagamit ay NMOS, ang dahilan ay maliit ang on-resistance, at madaling gawin. Samakatuwid, ang NMOS ay karaniwang ginagamit sa pagpapalit ng power supply at mga application ng motor drive.

Sa sumusunod na panimula, karamihan sa mga kaso ay pinangungunahan ng NMOS. Umiiral ang parasitic capacitance sa pagitan ng tatlong pin ng MOSFET, isang tampok na hindi kailangan ngunit lumitaw dahil sa mga limitasyon sa proseso ng pagmamanupaktura. Ang pagkakaroon ng parasitic capacitance ay ginagawang medyo nakakalito sa disenyo o pagpili ng isang driver circuit. Mayroong isang parasitic diode sa pagitan ng alisan ng tubig at ang pinagmulan. Ito ay tinatawag na body diode at mahalaga sa pagmamaneho ng mga inductive load tulad ng mga motor. Sa pamamagitan ng paraan, ang body diode ay naroroon lamang sa mga indibidwal na MOSFET at kadalasang wala sa loob ng isang IC chip.

MOSFETpaglipat ng tubo pagkawala, kung ito ay NMOS o PMOS, pagkatapos ng pagpapadaloy ng on-paglaban ay umiiral, upang ang kasalukuyang ay kumonsumo ng enerhiya sa paglaban na ito, ang bahaging ito ng natupok na enerhiya ay tinatawag na pagkawala ng pagpapadaloy. Ang pagpili ng mga MOSFET na may mababang on-resistance ay magbabawas sa pagkawala ng on-resistance. Sa ngayon, ang on-resistance ng mga low-power na MOSFET ay karaniwang nasa sampu-sampung milliohms, at ilang milliohms din ang available. Ang mga MOSFET ay hindi dapat kumpletuhin sa isang iglap kapag sila ay naka-on at naka-off. May proseso ng pagpapababa ng boltahe sa ang dalawang dulo ng MOSFET, at mayroong proseso ng pagtaas ng kasalukuyang dumadaloy dito. Sa panahong ito, ang pagkawala ng MOSFET ay ang produkto ng boltahe at ng kasalukuyang, na tinatawag na pagkawala ng paglipat. Karaniwan ang pagkawala ng paglipat ay mas malaki kaysa sa pagkawala ng pagpapadaloy, at mas mabilis ang dalas ng paglipat, mas malaki ang pagkawala. Ang produkto ng boltahe at kasalukuyang sa instant ng pagpapadaloy ay napakalaki, na nagreresulta sa malalaking pagkalugi. Ang pagpapaikli sa oras ng paglipat ay binabawasan ang pagkawala sa bawat pagpapadaloy; ang pagbabawas ng dalas ng paglipat ay binabawasan ang bilang ng mga switch sa bawat yunit ng oras. Ang parehong mga pamamaraang ito ay binabawasan ang mga pagkalugi sa paglipat.

Kung ikukumpara sa mga bipolar transistors, karaniwang pinaniniwalaan na walang kasalukuyang kinakailangan upang makagawa ng aMOSFETpag-uugali, hangga't ang boltahe ng GS ay higit sa isang tiyak na halaga. Madali itong gawin, gayunpaman, kailangan din natin ng bilis. Tulad ng makikita mo sa istraktura ng MOSFET, mayroong isang parasitic na kapasidad sa pagitan ng GS, GD, at ang pagmamaneho ng MOSFET ay, sa katunayan, ang pagsingil at paglabas ng kapasidad. Ang pag-charge sa kapasitor ay nangangailangan ng isang kasalukuyang, dahil ang pag-charge sa kapasitor kaagad ay makikita bilang isang maikling circuit, kaya ang madalian na kasalukuyang ay magiging mas mataas. Ang unang bagay na dapat tandaan kapag pumipili/nagdidisenyo ng isang MOSFET driver ay ang laki ng agarang short-circuit current na maaaring ibigay.

Ang pangalawang bagay na dapat tandaan ay, na karaniwang ginagamit sa high-end na drive NMOS, ang on-time na boltahe ng gate ay kailangang mas malaki kaysa sa source boltahe. High-end drive MOSFET sa source boltahe at alisan ng tubig boltahe (VCC) ang parehong, kaya pagkatapos ay ang gate boltahe kaysa sa VCC 4V o 10V. kung sa parehong sistema, para makakuha ng mas malaking boltahe kaysa sa VCC, kailangan nating magpakadalubhasa sa boost circuit. Maraming mga driver ng motor ang may pinagsamang charge pump, mahalagang tandaan na dapat mong piliin ang naaangkop na external capacitance upang makakuha ng sapat na short-circuit current upang himukin ang MOSFET. Ang 4V o 10V ay ang karaniwang ginagamit na MOSFET sa boltahe, ang disenyo siyempre, kailangan mong magkaroon ng isang tiyak na margin. Ang mas mataas na boltahe, mas mabilis ang on-state na bilis at mas mababa ang on-state resistance. Ngayon ay mayroon ding mas maliliit na on-state na boltahe na MOSFET na ginagamit sa iba't ibang larangan, ngunit sa 12V automotive electronics system, sa pangkalahatan ay sapat na ang 4V on-state. Ang pinaka-kapansin-pansing tampok ng MOSFET ay ang mga katangian ng paglipat ng mabuti, kaya malawak itong ginagamit sa kailangan para sa mga electronic switching circuits, tulad ng switching power supply at motor drive, ngunit din ang pagdidilim ng ilaw. Ang ibig sabihin ng pagsasagawa ay kumikilos bilang switch, na katumbas ng pagsasara ng switch. Mga katangian ng NMOS, ang Vgs na mas malaki kaysa sa isang tiyak na halaga ay isasagawa, na angkop para sa paggamit sa kaso kapag ang source ay grounded (low-end drive), hangga't ang gate boltahe ng 4V o 10V.PMOS katangian, Vgs mas mababa sa isang tiyak na halaga ay magsasagawa, na angkop para sa paggamit sa kaso kapag ang pinagmulan ay konektado sa VCC (high-end drive). Gayunpaman, bagama't madaling magamit ang PMOS bilang high end driver, kadalasang ginagamit ang NMOS sa mga high end na driver dahil sa malaking on-resistance, mataas na presyo, at kakaunting uri ng kapalit.

Ngayon ang MOSFET drive ng mababang-boltahe na mga application, kapag ang paggamit ng 5V power supply, oras na ito kung gagamitin mo ang tradisyonal na totem pole istraktura, dahil sa transistor ay tungkol sa 0.7V boltahe drop, na nagreresulta sa aktwal na panghuling idinagdag sa gate sa 4.3 V lamang ang boltahe. Sa oras na ito, pinipili namin ang nominal na boltahe ng gate na 4.5V ng MOSFET sa pagkakaroon ng ilang mga panganib. Ang parehong problema ay nangyayari sa paggamit ng 3V o iba pang mababang boltahe na pagkakataon sa supply ng kuryente. Ginagamit ang dalawahang boltahe sa ilang control circuit kung saan ang logic section ay gumagamit ng tipikal na 5V o 3.3V digital na boltahe at ang power section ay gumagamit ng 12V o mas mataas pa. Ang dalawang boltahe ay konektado gamit ang isang karaniwang lupa. Naglalagay ito ng pangangailangan na gumamit ng circuit na nagpapahintulot sa mababang boltahe na bahagi na epektibong makontrol ang MOSFET sa mataas na boltahe na bahagi, habang ang MOSFET sa mataas na boltahe na bahagi ay haharap sa parehong mga problema na binanggit sa 1 at 2. Sa lahat ng tatlong kaso, ang Ang istraktura ng totem pole ay hindi maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa output, at maraming mga off-the-shelf na MOSFET driver IC ay mukhang hindi kasama ang isang istraktura ng paglilimita ng boltahe ng gate. Ang input boltahe ay hindi isang nakapirming halaga, ito ay nag-iiba sa oras o iba pang mga kadahilanan. Ang pagkakaiba-iba na ito ay nagiging sanhi ng boltahe ng drive na ibinigay sa MOSFET ng PWM circuit upang maging hindi matatag. Upang gawing ligtas ang MOSFET mula sa matataas na boltahe ng gate, maraming MOSFET ang may built-in na regulator ng boltahe upang piliting limitahan ang amplitude ng boltahe ng gate.

Sa kasong ito, kapag ang ibinigay na boltahe ng drive ay lumampas sa boltahe ng regulator, ito ay magiging sanhi ng isang malaking static na pagkonsumo ng kuryente Kasabay nito, kung gagamitin mo lamang ang prinsipyo ng risistor boltahe divider upang mabawasan ang boltahe ng gate, magkakaroon ng medyo mataas na boltahe ng input, gumagana nang maayos ang MOSFET, habang ang boltahe ng input ay nababawasan kapag ang boltahe ng gate ay hindi sapat upang maging sanhi ng hindi sapat na kumpletong pagpapadaloy, kaya tumataas ang pagkonsumo ng kuryente.

Ang medyo karaniwang circuit dito lamang para sa circuit ng driver ng NMOS na gumawa ng isang simpleng pagsusuri: Ang Vl at Vh ay ang low-end at high-end na power supply, ayon sa pagkakabanggit, ang dalawang boltahe ay maaaring pareho, ngunit ang Vl ay hindi dapat lumampas sa Vh. Ang Q1 at Q2 ay bumubuo ng isang baligtad na totem pole, na ginagamit upang makamit ang paghihiwalay, at sa parehong oras upang matiyak na ang dalawang driver tubes Q3 at Q4 ay hindi naka-on sa parehong oras. Ang R2 at R3 ay nagbibigay ng sanggunian ng boltahe ng PWM, at sa pamamagitan ng pagpapalit ng sanggunian na ito, maaari mong gawing maayos ang circuit, at ang boltahe ng gate ay hindi sapat upang maging sanhi ng masusing pagpapadaloy, kaya tumataas ang pagkonsumo ng kuryente. R2 at R3 ay nagbibigay ng PWM boltahe reference, sa pamamagitan ng pagbabago ng reference na ito, maaari mong hayaan ang circuit na gumana sa PWM signal waveform ay medyo matarik at tuwid na posisyon. Ang Q3 at Q4 ay ginagamit upang magbigay ng kasalukuyang drive, dahil sa on-time, ang Q3 at Q4 na may kaugnayan sa Vh at GND ay isang minimum lamang ng pagbaba ng boltahe ng Vce, ang pagbaba ng boltahe na ito ay karaniwang 0.3V lamang o higit pa, mas mababa. kaysa sa 0.7V Vce R5 at R6 ay mga feedback resistors para sa sampling ng boltahe ng gate, pagkatapos ng pag-sample ng boltahe, ang boltahe ng gate ay ginagamit bilang isang feedback resistor sa boltahe ng gate, at ang boltahe ng sample ay ginagamit sa boltahe ng gate. Ang R5 at R6 ay mga resistor ng feedback na ginagamit upang i-sample ang boltahe ng gate, na pagkatapos ay dumaan sa Q5 upang lumikha ng isang malakas na negatibong feedback sa mga base ng Q1 at Q2, kaya nililimitahan ang boltahe ng gate sa isang may hangganang halaga. Ang halagang ito ay maaaring isaayos ng R5 at R6. Sa wakas, ibinibigay ng R1 ang limitasyon ng kasalukuyang base sa Q3 at Q4, at ang R4 ay nagbibigay ng limitasyon ng kasalukuyang gate sa mga MOSFET, na siyang limitasyon ng Ice ng Q3Q4. Ang isang acceleration capacitor ay maaaring konektado sa parallel sa itaas ng R4 kung kinakailangan.                                         

Kapag nagdidisenyo ng mga portable na device at wireless na produkto, ang pagpapabuti ng performance ng produkto at pagpapahaba ng oras ng pagpapatakbo ng baterya ay dalawang isyu na kailangang harapin ng mga designer. mga device.

Ang mga DC-DC converter ay may mga pakinabang ng mataas na kahusayan, mataas na output ng kasalukuyang at mababang quiescent kasalukuyang, na kung saan ay napaka-angkop para sa powering portable device. Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing uso sa pagbuo ng teknolohiya ng disenyo ng DC-DC converter ay kinabibilangan ng: high-frequency na teknolohiya: sa pagtaas ng dalas ng paglipat, ang laki ng switching converter ay nabawasan din, ang density ng kapangyarihan ay tumaas nang malaki, at ang dinamika. ang tugon ay napabuti. Maliit

Ang dalas ng paglipat ng Power DC-DC converter ay tataas sa antas ng megahertz. Teknolohiya ng mababang output boltahe: Sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiya sa pagmamanupaktura ng semiconductor, ang mga microprocessor at portable na kagamitang elektroniko ay bumababa ng boltahe ng pagpapatakbo, na nangangailangan ng hinaharap na DC-DC converter ay maaaring magbigay ng mababang output boltahe upang umangkop sa microprocessor at portable electronic equipment, na kung saan nangangailangan ng hinaharap na DC-DC converter ay maaaring magbigay ng mababang output boltahe upang umangkop sa microprocessor.

Sapat na upang magbigay ng mababang output boltahe upang umangkop sa microprocessors at portable electronic equipment. Ang mga teknolohikal na pag-unlad na ito ay naglalagay ng mas mataas na mga kinakailangan para sa disenyo ng power supply chip circuits. Una sa lahat, sa pagtaas ng dalas ng paglipat, ang pagganap ng mga bahagi ng paglipat ay inilalagay sa harap

Mataas na kinakailangan para sa pagganap ng switching elemento, at dapat magkaroon ng kaukulang switching element drive circuit upang matiyak na ang switching elemento sa switching frequency hanggang sa megahertz na antas ng normal na operasyon. Pangalawa, para sa mga portable na electronic device na pinapagana ng baterya, mababa ang operating boltahe ng circuit (halimbawa, sa kaso ng mga baterya ng lithium).

Lithium baterya, halimbawa, ang operating boltahe ng 2.5 ~ 3.6V), kaya ang power supply chip para sa mas mababang boltahe.

Ang MOSFET ay may napakababang on-resistance, mababang pagkonsumo ng enerhiya, sa kasalukuyang sikat na high-efficiency DC-DC chip na higit na MOSFET bilang power switch. Gayunpaman, dahil sa malaking kapasidad ng parasitiko ng mga MOSFET. Naglalagay ito ng mas mataas na mga kinakailangan sa disenyo ng switching tube driver circuits para sa pagdidisenyo ng mataas na operating frequency ng DC-DC converter. Mayroong iba't ibang CMOS, BiCMOS logic circuit na gumagamit ng bootstrap boost structure at driver circuit bilang malalaking capacitive load sa mababang boltahe na disenyo ng ULSI. Ang mga circuit na ito ay gumagana nang maayos sa ilalim ng mga kondisyon ng mas mababa sa 1V boltahe supply, at maaaring gumana sa ilalim ng mga kondisyon ng load capacitance 1 ~ 2pF frequency ay maaaring umabot sa sampu-sampung megabits o kahit na daan-daang megahertz. Sa papel na ito, ang bootstrap boost circuit ay ginagamit upang magdisenyo ng malaking load capacitance drive na kakayahan, na angkop para sa mababang boltahe, mataas na switching frequency boost DC-DC converter drive circuit. Low-end na boltahe at PWM para magmaneho ng mga high-end na MOSFET. maliit na amplitude PWM signal upang humimok ng mataas na gate boltahe kinakailangan ng MOSFETs.