MOSFET zanîna bingehîn û serîlêdana bingehîn

Wekî ku çima moda hilweşandinêMOSFETsnayên bikar anîn, nayê pêşniyar kirin ku meriv bigihîje binê wê.

Ji bo van her du MOSFET-yên moda pêşkeftinê, NMOS bi gelemperî tê bikar anîn. Sedem ev e ku li ser-berxwedanê piçûk e û çêkirina hêsan e. Ji ber vê yekê, NMOS bi gelemperî di serîlêdanên dabînkirina hêzê û ajokera motorê de tê bikar anîn. Di danasîna jêrîn de, NMOS bi piranî tê bikar anîn.

Di navbera sê pinên MOSFET-ê de kapasîteya parazît heye. Ev ne ya ku em hewce ne ye, lê ji ber tixûbên pêvajoya hilberînê pêk tê. Hebûna kapasîteya parazît di dema sêwirandin an hilbijartina çerxa ajotinê de wê bêtir tengasiyê dike, lê rêyek tune ku jê dûr bikevin. Em ê paşê bi berfirehî bidin nasîn.

Di navbera avjen û çavkaniyê de diodek parazît heye. Ji vê re dioda laş tê gotin. Ev diod di dema ajotina barkêşên induktîf (wek motor) pir girîng e. Bi awayê, dioda laş tenê di yek MOSFET-ê de heye û bi gelemperî di hundurê çîpek pêvekek yekbûyî de nayê dîtin.

 

2. MOSFET taybetiyên rêvekirina

Birêvebirin tê vê wateyê ku wekî guhêrbar tevdigere, ku bi girtina guheztinê re wekhev e.

Taybetmendiya NMOS-ê ev e ku dema ku Vgs ji nirxek diyarkirî mezintir be, ew ê vebibe. Ew ji bo karanîna dema ku çavkanî zexm be (ajoka kêm-dawî), heya ku voltaja dergehê digihîje 4V an 10V re maqûl e.

Taybetmendiyên PMOS-ê ev e ku ew ê vebibe dema ku Vgs ji nirxek hindiktir be, ku ji bo rewşên ku çavkanî bi VCC (ajoka bilind-end) ve girêdayî ye. Lêbelê, her çendPMOSdikare bi hêsanî wekî ajokerek paşîn were bikar anîn, NMOS bi gelemperî di ajokarên paşîn de ji ber berxwedana mezin, bihaya bilind, û çend celebên guheztinê tê bikar anîn.

 

3. windabûna lûleya guheztina MOS

Ew NMOS be an PMOS be, piştî ku tê vedan berxwedanek li ser heye, ji ber vê yekê niha dê li ser vê berxwedanê enerjiyê bixwe. Ji vê beşa enerjiya ku tê xerckirin tê gotin windabûna rêgirtinê. Hilbijartina MOSFETek bi berxwedanek piçûk dê windahiyên rêgirtinê kêm bike. Li ser-berxwedana MOSFET-a kêm-hêza îroyîn bi gelemperî li dora deh miliohms e, û çend mîlyon jî hene.

Dema ku MOSFET tê girtin û girtin, divê ew di cih de neyê qedandin. Voltaja li seranserê MOS-ê pêvajoyek kêmbûnê heye, û herika ku diherike pêvajoyek zêdebûnê heye. Di vê heyamê de, yaMOSFET'swinda berhema voltaj û niha ye, ku jê re windabûna guheztinê tê gotin. Bi gelemperî windahiyên veguheztinê ji windahiyên guheztinê pir mezintir in, û her ku frekansa veguheztinê zûtir be, windahiyên wê jî mezintir dibin.

Berhema voltaj û herîkê ya di dema hilgirtinê de pir mezin e, dibe sedema windahiyên mezin. Kurtkirina dema guheztinê dikare di dema her rêvekirinê de windabûnê kêm bike; kêmkirina frekansa veguheztinê dikare hejmara guheztinan di yekîneya demê de kêm bike. Her du rêbaz dikarin windahiyên veguherînê kêm bikin.

Dema ku MOSFET tê pêlkirin forma pêlê. Tê dîtin ku hilbera voltaj û herikê di dema guheztinê de pir mezin e, û windabûna ku çêdibe jî pir mezin e. Kêmkirina dema veguheztinê dikare di dema her rêvekirinê de windabûnê kêm bike; kêmkirina frekansa veguheztinê dikare hejmara guheztinan di yekîneya demê de kêm bike. Her du rêbaz dikarin windahiyên veguherînê kêm bikin.

 

4. ajokerê MOSFET

Li gorî transîstorên bipolar, bi gelemperî tê bawer kirin ku heya ku voltaja GS ji nirxek diyarkirî bilindtir be, ji bo vekirina MOSFET-ê ne hewce ye. Ev hêsan e ku meriv bike, lê ji me re bilez jî hewce ye.

Di avahiya MOSFET-ê de tê dîtin ku di navbera GS û GD-ê de kapasîteyek parazît heye, û ajotina MOSFET-ê bi rastî barkirin û dakêşana kapasîtorê ye. Barkirina kondensatorê herikînek hewce dike, ji ber ku kondensator dikare di dema barkirinê de wekî pêvekek kurt were hesibandin, ji ber vê yekê herikîna tavilê dê nisbeten mezin be. Yekem tiştê ku meriv bala xwe bide dema hilbijartina / sêwirana ajokerek MOSFET-ê mîqdara tîrêja kurt a tavilê ye ku ew dikare peyda bike. ,

Tişta duyemîn ku divê were zanîn ev e ku NMOS, ku bi gelemperî ji bo ajotina paşîn tê bikar anîn, hewce dike ku voltaja dergehê ji voltaja çavkaniyê mezintir be dema ku were vemirandin. Dema ku MOSFET-a ku ji hêla bilind ve tê veqetandin tê vemirandin, voltaja çavkaniyê wekî voltaja dravê (VCC) ye, ji ber vê yekê voltaja dergehê di vê demê de 4V an 10V ji VCC mezintir e. Heke hûn dixwazin di heman pergalê de voltaja ji VCC-ê mezintir bistînin, hûn hewceyê pêvekek bihêzkirina taybetî ye. Gelek ajokarên motorê pompeyên barkirinê yên yekbûyî hene. Pêdivî ye ku were zanîn ku pêdivî ye ku kapasîtorek derveyî ya guncan were hilbijartin da ku ji bo ajotina MOSFET-ê tîrêjek kurt-kurt peyda bike.

 

4V an 10V-ya ku li jor hatî behs kirin voltaja zivirandina MOSFET-ên ku bi gelemperî têne bikar anîn e, û bê guman pêdivî ye ku di dema sêwiranê de marjînek diyar were destûr kirin. Û her ku voltaja bilindtir be, leza rêgirtinê zûtir û berxwedana guheztinê jî piçûktir dibe. Naha MOSFET hene ku bi voltaja guheztinê ya piçûktir di warên cûda de têne bikar anîn, lê di pergalên elektronîkî yên otomotîvê yên 12V de, bi gelemperî guheztina 4V bes e.

 

Ji bo çerxa ajokera MOSFET û windahiyên wê, ji kerema xwe serî li Microchip's AN799 Lihevkirina Ajokarên MOSFET bi MOSFETan re bikin. Ew pir berfireh e, ji ber vê yekê ez ê zêde nenivîsim.

 

Berhema voltaj û herîkê ya di dema hilgirtinê de pir mezin e, dibe sedema windahiyên mezin. Kêmkirina dema veguheztinê dikare di dema her rêvekirinê de windabûnê kêm bike; kêmkirina frekansa veguheztinê dikare hejmara guheztinan di yekîneya demê de kêm bike. Her du rêbaz dikarin windahiyên veguherînê kêm bikin.

MOSFET cureyek FET e (ya din JFET e). Ew dikare di moda pêşkeftinê an moda hilweşandinê, kanala P an kanala N, bi tevahî 4 celeb were çêkirin. Lêbelê, tenê MOSFET-a-kanala N-ya moda çêtirkirinê bi rastî tê bikar anîn. û MOSFET-a-kanala P-ya pêşkeftinê, ji ber vê yekê NMOS an PMOS bi gelemperî van her du celeban vedibêjin.

 

5. çerxa serîlêdana MOSFET?

Taybetmendiya herî girîng a MOSFET-ê taybetmendiyên wê yên guheztinê yên baş e, ji ber vê yekê ew bi berfirehî di çerxên ku hewceyê guheztinên elektronîkî ne, wek guheztina dabînkirina hêzê û ajokarên motorê, û her weha kêmkirina ronahiyê tê bikar anîn.

 

Ajokarên MOSFET-ê yên îroyîn çend hewcedariyên taybetî hene:

1. Serîlêdana voltaja kêm

Dema ku dabînkirina hêzê ya 5V bikar tîne, heke di vê demê de avahiyek pola totem a kevneşopî were bikar anîn, ji ber ku transîstor bi qasî 0.7V voltajek dakêşek heye, voltaja paşîn a rastîn a ku li derî tê sepandin tenê 4.3V e. Di vê demê de, em hêza dergehê navî hilbijêrin

Dema ku MOSFETek 4.5V bikar tîne xeterek diyar heye. Di heman demê de heman pirsgirêk dema ku 3V an dabînkerên din ên voltaja kêm bikar tînin jî çêdibe.

2. Serîlêdana voltaja fireh

Voltaja têketinê ne nirxek sabît e, ew ê bi dem an faktorên din re biguhere. Ev guhertin dibe sedem ku voltaja ajotinê ya ku ji hêla çerxa PWM ve ji MOSFET re peyda dike ne aram be.

Ji bo ku MOSFET di bin voltaja dergehê bilind de ewledar bibin, gelek MOSFET xwedan regulatorên voltaja ne ku bi zorê mezinahiya voltaja dergehê sînordar bikin. Di vê rewşê de, dema ku voltaja ajotinê ya peydakirî ji voltaja lûleya rêvekera voltaja derbas bibe, ew ê bibe sedema xerckirina hêza statîk a mezin.

Di heman demê de, heke hûn bi tenê prensîba dabeşkirina voltaja berxwedanê bikar bînin da ku voltaja dergehê kêm bikin, MOSFET dê baş bixebite dema ku voltaja têketinê bi nisbeten bilind be, lê gava ku voltaja têketinê kêm bibe, voltaja derî dê têrê neke, dibe sedema gihandina netemam, bi vî rengî mezaxtina hêzê zêde dike.

3. Serîlêdana voltaja Dual

Di hin dorhêlên kontrolê de, beşa mantiqê voltaja dîjîtal a tîpîk 5V an 3.3V bikar tîne, dema ku beşa hêzê voltaja 12V an jî hêj bêtir bikar tîne. Du voltaj bi zemînek hevpar ve girêdayî ne.

Ev pêdiviyek ji bo karanîna çerxek zêde dike da ku aliyek voltaja nizm bikaribe MOSFET-ê li aliyê voltaja bilind bi bandor kontrol bike. Di heman demê de, MOSFET li aliyê voltaja bilind jî dê bi pirsgirêkên ku di 1 û 2 de hatine destnîşan kirin re rû bi rû bimîne.

Di van sê rewşan de, strukturên pola totem nikare hewcedariyên derketinê bicîh bîne, û gelek IC-yên ajokerê MOSFET-ê yên derveyî-hilweşîn xuya nakin ku strukturên sînordarkirina voltaja dergehê jî tê de ne.

 

Ji ber vê yekê min ji bo peydakirina van her sê hewcedariyên dorhêlek bi gelemperî sêwirand.

,

Şirketa ajokerê ji bo NMOS

Li vir ez ê tenê analîzek hêsan a dora ajokera NMOS bikim:

Vl û Vh bi rêzdarî dabînkirina hêzê ya nizm û bilind-end in. Dibe ku du voltaj yek bin, lê divê Vl ji Vh derbas nebe.

Q1 û Q2 stûnek totem a berevajî ava dikin da ku bigihîjin îzolasyonê di heman demê de piştrast dikin ku her du lûleyên ajoker Q3 û Q4 di heman demê de venegerin.

R2 û R3 referansa voltaja PWM peyda dikin. Bi guheztina vê referansê, çerx dikare li cîhek ku forma pêla sînyala PWM bi nisbeten hişk e were xebitandin.

Q3 û Q4 ji bo peydakirina ajokera ajotinê têne bikar anîn. Dema ku tê vemirandin, Q3 û Q4 tenê bi Vh û GND-ê ve kêmînek voltaja Vce heye. Ev daketina voltajê bi gelemperî tenê li ser 0.3V e, ku ji Vce ya 0.7V pir kêmtir e.

R5 û R6 berxwedêrên bertek in, ku ji bo nimûneya voltaja dergehê têne bikar anîn. Voltaja nimûneyî ji bingehên Q1 û Q2 heya Q5 re bertekek neyînî ya xurt çêdike, bi vî rengî voltaja dergehê bi nirxek tixûbdar sînordar dike. Ev nirx dikare bi R5 û R6 ve were sererast kirin.

Di dawiyê de, R1 ji bo Q3 û Q4 sînorê niha ya bingehîn peyda dike, û R4 ji bo MOSFET-ê sînorê niha yê dergehê peyda dike, ku sînorê Qeşaya Q3 û Q4 ye. Ger hewce be, kapasîtorek bilez dikare bi R4 re paralel were girêdan.

Ev circuit taybetmendiyên jêrîn peyda dike:

1. Ji bo ajotina MOSFET-a aliyê bilind voltaja aliyê kêm û PWM bikar bînin.

2. Ji bo ajotina MOSFETek bi hewcedariyên voltaja dergehê bilind îşaretek PWM a amplitude piçûk bikar bînin.

3. Sînorê lûtkeya voltaja dergehê

4. Sînorên niha yên têketin û derketinê

5. Bi karanîna berxwedanên guncan, mezaxtina hêza pir kêm dikare were bidestxistin.

6. Sînyala PWM berevajî ye. NMOS ne hewceyî vê taybetmendiyê ye û bi danîna inverterek li pêş dikare were çareser kirin.

Dema sêwirana cîhazên portable û hilberên bêtêl, baştirkirina performansa hilberê û dirêjkirina jiyana bateriyê du pirsgirêkên ku sêwiraner divê rû bi rû bimînin ne. Veguhezerên DC-DC xwedan avantajên jêhatîbûna bilind, herikîna hilberîna mezin, û herika bêdeng a kêm in, ku wan ji bo hêzkirina amûrên portable pir maqûl dike. Heya nuha, meylên sereke yên di pêşkeftina teknolojiya sêwirana veguhezerê DC-DC de ev in: (1) Teknolojiya frekansa bilind: Her ku frekansa veguheztinê zêde dibe, mezinahiya veguherînerê veguherîner jî kêm dibe, dendika hêzê jî pir zêde dibe, û bersiva dînamîk çêtir dibe. . Frekansa veguheztinê ya veguherînerên DC-DC yên kêm-hêza dê bigihîje asta megahertz. (2) Teknolojiya voltaja hilberîna nizm: Bi pêşkeftina domdar a teknolojiya hilberîna nîvconductor re, voltaja xebitandinê ya mîkroprosesor û amûrên elektronîkî yên portable her ku diçe kêmtir û kêmtir dibe, ku pêdivî ye ku veguherînerên DC-DC yên pêşerojê da ku voltaja derketinê ya kêm peyda bikin da ku bi mîkroprosesoran re adapte bibin. pêdiviyên ji bo processor û cîhazên elektronîk portable.

Pêşkeftina van teknolojiyên ji bo sêwirana sêwirana çîpên hêzê hewcedariyên bilindtir derxistiye pêş. Berî her tiştî, ji ber ku frekansa veguheztinê her ku diçe zêde dibe, daxwazên bilind li ser performansa hêmanên veguheztinê têne danîn. Di heman demê de, pêdivî ye ku çerxên ajokera elementa veguheztinê ya têkildar were peyda kirin da ku pê ewle bibe ku hêmanên veguheztinê di frekansên guheztinê de heya MHz bi normalî dixebitin. Ya duyemîn, ji bo cîhazên elektronîkî yên portable yên ku bi batterê ve têne xebitandin, voltaja xebatê ya çerxê kêm e (mînakek bataryayên lîtiumê digirin, voltaja xebatê 2.5 ~ 3.6V e), ji ber vê yekê, voltaja xebatê ya çîpê hêzê kêm e.

 

MOSFET xwedan berxwedanek pir kêm e û enerjiyê kêm dixwe. MOSFET bi gelemperî di çîpên DC-DC-ê yên hêja-berbiçav ên heyî de wekî guhezkarek hêzê tê bikar anîn. Lêbelê, ji ber kapasîteya mezin a parazît a MOSFET-ê, kapasîteya deriyê lûleyên guheztina NMOS bi gelemperî bi dehan picofarad bilind e. Ev ji bo sêwirana frekansa bilind a xebitandinê ya DC-DC-ê veguheztina lûleya ajotinê ya veguheztinê hewcedariyên bilindtir derdixe pêş.

Di sêwiranên ULSI yên voltaja nizm de, cûrbecûr dorhêlên mantiqê yên CMOS û BiCMOS hene ku strukturên bootstrap-ê bikar tînin û çerxên ajotinê wekî barkirinên mezin ên kapasîteyê bikar tînin. Van dorhêl dikarin bi voltaja dabînkirina hêzê ji 1V kêmtir bixebitin, û dikarin bi frekansa bi dehan megahertz an jî bi sedan megahertz bi kapasîteya barkirinê ya 1 heta 2pF bixebitin. Vê gotarê pêvekek bootstrap bikar tîne da ku dîzaynek ajotinê bi kapasîteya ajotinê ya kapasîteya barkirinê ya mezin a ku ji bo veguhezkerên DC-DC-ê yên voltaja nizm, guheztina bilind a frekansa veguheztinê maqûl e. Civîn li ser bingeha pêvajoya Samsung AHP615 BiCMOS hatî çêkirin û ji hêla simulasyona Hspice ve hatî verast kirin. Dema ku voltaja dabînkirinê 1.5V e û kapasîteya barkirinê 60pF e, frekansa xebitandinê dikare ji 5MHz zêdetir bigihîje.

,

Taybetmendiyên veguherîna MOSFET

,

1. Taybetmendiyên statîk

Wekî hêmanek veguheztinê, MOSFET di du rewşan de jî dixebite: off an jî vekirî. Ji ber ku MOSFET pêkhateyek voltaja-kontrolkirî ye, rewşa xebata wê bi giranî ji hêla voltaja dergeh-çavkaniyê uGS ve tê destnîşankirin.

 

Taybetmendiyên xebatê wiha ne:

※ uGS＜voltaja vekêşanê UT: MOSFET li devera qutkirî kar dike, iDS-a niha ya jêderkê di bingeh de 0 e, voltaja derketinê uDS≈UDD, û MOSFET di rewşa "çalak" de ye.

※ uGS> Voltaja vekêşanê UT: MOSFET li herêma rêgirtinê kar dike, çavkaniya niha iDS=UDD/(RD+rDS) derdixe. Di nav wan de, rDS dema ku MOSFET tê vekêşandin, berxwedana çavkaniya avdanê ye. Voltaja derketinê UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), heke rDS＜＜RD, uDS≈0V, MOSFET di rewsa "on" de ye.

2. Taybetmendiyên dînamîk

MOSFET di heman demê de dema ku di navbera hal û rewşên veqetandî de diguhezîne pêvajoyek veguheztinê jî heye, lê taybetmendiyên wê yên dînamîkî bi piranî bi dema ku pêdivî ye ji bo barkirin û dakêşana kapasîteya gerîdeyê ya ku bi çerxê ve girêdayî ye, û kombûn û dakêşana barkirinê ve girêdayî ye dema ku lûle bi xwe li ser û pêve ye. Dema belavbûnê pir hindik e.

Dema ku ui voltaja têketinê ji bilind ber bi nizm ve diguhere û MOSFET ji rewsa vekêşanê berbi rewşa nekêşanê diguhere, dabînkirina hêzê UDD kapasîteya CL bi navgîniya RD, û domdariya dema barkirinê τ1=RDCL bar dike. Ji ber vê yekê, voltaja derketinê uo pêdivî ye ku berî ku ji asta nizm berbi astek bilind biguhezîne hin dereng derbas bibe; dema ku voltaja têketinê ui ji nizm ber bi bilind ve diguhere û MOSFET ji rewşa negirêdayî diguhere bo rewşa çalak, barkirina li ser kapasîteya şêrîn CL di rDS re derbas dibe Daxistin bi domdariya dema dakêşanê τ2≈rDSCL pêk tê. Tê dîtin ku voltaja derketinê Uo di heman demê de pêdivî bi derengiyek heye berî ku ew derbasî astek nizm bibe. Lê ji ber ku rDS ji RD-ê pir piçûktir e, dema veguheztina ji qutbûnê ber bi rêgirtinê ve ji dema veguheztina ji guheztinê berbi qutbûnê kurttir e.

Ji ber ku rDS-berxwedana çavkaniya avdanê ya MOSFET-ê dema ku tê vedan ji berxwedana têrbûnê rCES ya transîstorê pir mezintir e, û berxwedana deravêtina derveyî RD jî ji berxwedana kolektorê RC ya tranzîstorê mezintir e, dema barkirin û dakêşanê ye. ya MOSFET-ê dirêjtir e, MOSFET-ê çêdike Leza veguhertinê ji ya transîstorê kêmtir e. Lêbelê, di çerxên CMOS-ê de, ji ber ku çerxa barkirinê û dorhêla dakêşanê her du jî çerxên kêm-berxwedan in, pêvajoyên barkirin û dakêşandinê bi nisbeten bilez in, ku di encamê de ji bo çerxa CMOS-ê leza guheztinê ya bilind çêdibe.