MOSFET imọ ipilẹ atilẹba ati ohun elo

Bi fun idi ti idinku modeMOSFETti wa ni ko lo, o ti wa ni ko niyanju lati gba si isalẹ ti o.

Fun awọn MOSFET ipo imudara meji wọnyi, NMOS jẹ lilo nigbagbogbo. Idi ni pe on-resistance jẹ kekere ati rọrun lati ṣelọpọ. Nitorinaa, NMOS ni gbogbo igba lo ni yiyipada ipese agbara ati awọn ohun elo awakọ mọto. Ninu ifihan atẹle, NMOS jẹ lilo pupọ julọ.

Agbara parasitic wa laarin awọn pinni mẹta ti MOSFET. Eyi kii ṣe ohun ti a nilo, ṣugbọn o ṣẹlẹ nipasẹ awọn idiwọn ilana iṣelọpọ. Aye ti agbara parasitic jẹ ki o ni wahala diẹ sii nigbati o ṣe apẹrẹ tabi yiyan Circuit awakọ, ṣugbọn ko si ọna lati yago fun. A yoo ṣafihan rẹ ni awọn alaye nigbamii.

Diode parasitic kan wa laarin sisan ati orisun. Eyi ni a npe ni diode ara. Diode yii ṣe pataki pupọ nigbati o ba n wa awọn ẹru inductive (gẹgẹbi awọn mọto). Nipa ọna, diode ara nikan wa ni MOSFET ẹyọkan ati pe a ko rii nigbagbogbo ninu chirún Circuit ti a ṣepọ.

 

2. MOSFET ifọnọhan abuda

Ṣiṣẹda tumọ si ṣiṣe bi iyipada, eyiti o jẹ deede si iyipada ti wa ni pipade.

Iwa ti NMOS ni pe yoo tan-an nigbati Vgs ba tobi ju iye kan lọ. O dara fun lilo nigbati orisun ba wa ni ilẹ (wakọ kekere-kekere), niwọn igba ti foliteji ẹnu-ọna ba de 4V tabi 10V.

Awọn abuda ti PMOS ni pe yoo tan-an nigbati Vgs kere ju iye kan, eyiti o dara fun awọn ipo nibiti orisun ti sopọ si VCC (wakọ giga-giga). Sibẹsibẹ, biotilejepePMOSle ṣee lo ni rọọrun bi awakọ ti o ga julọ, NMOS ni a maa n lo ni awọn awakọ giga-giga nitori nla on-resistance, idiyele giga, ati awọn iru rirọpo diẹ.

 

3. MOS yipada tube pipadanu

Boya o jẹ NMOS tabi PMOS, o wa lori-resistance lẹhin ti o ti wa ni titan, ki awọn ti isiyi yoo je agbara lori yi resistance. Apakan agbara ti o jẹ ni a npe ni pipadanu idari. Yiyan MOSFET pẹlu atako kekere yoo dinku awọn adanu idari. Agbara kekere MOSFET lori-resistance wa ni gbogbogbo ni ayika mewa ti milliohms, ati pe ọpọlọpọ awọn milliohms tun wa.

Nigbati MOSFET ba wa ni titan ati pipa, ko gbọdọ pari lẹsẹkẹsẹ. Foliteji kọja MOS ni ilana ti o dinku, ati ṣiṣan ṣiṣan ni ilana ti o pọ si. Nigba asiko yi, awọnMOSFETpipadanu jẹ ọja ti foliteji ati lọwọlọwọ, eyiti a pe ni pipadanu iyipada. Nigbagbogbo awọn adanu iyipada jẹ o tobi pupọ ju awọn adanu adaṣe lọ, ati iyara iyara iyipada, awọn adanu naa pọ si.

Ọja ti foliteji ati lọwọlọwọ ni akoko adaṣe jẹ nla pupọ, nfa awọn adanu nla. Kikuru akoko iyipada le dinku pipadanu lakoko adaṣe kọọkan; idinku igbohunsafẹfẹ iyipada le dinku nọmba awọn iyipada fun akoko ẹyọkan. Awọn ọna mejeeji le dinku awọn adanu iyipada.

Fọọmu igbi nigbati MOSFET wa ni titan. O le rii pe ọja ti foliteji ati lọwọlọwọ ni akoko adaṣe jẹ nla pupọ, ati pipadanu ti o ṣẹlẹ tun tobi pupọ. Idinku akoko iyipada le dinku isonu lakoko adaṣe kọọkan; idinku igbohunsafẹfẹ iyipada le dinku nọmba awọn iyipada fun akoko ẹyọkan. Awọn ọna mejeeji le dinku awọn adanu iyipada.

 

4. MOSFET awakọ

Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn transistors bipolar, o gbagbọ ni gbogbogbo pe ko si lọwọlọwọ ti o nilo lati tan MOSFET kan, niwọn igba ti foliteji GS ga ju iye kan lọ. Eyi rọrun lati ṣe, ṣugbọn a tun nilo iyara.

O le rii ninu eto MOSFET pe agbara parasitic wa laarin GS ati GD, ati wiwakọ MOSFET jẹ idiyele ati idasilẹ ti capacitor. Gbigba agbara si kapasito nilo lọwọlọwọ, nitori pe a le gba kapasito bi Circuit kukuru ni akoko gbigba agbara, nitorinaa lọwọlọwọ lọwọlọwọ yoo tobi pupọ. Ohun akọkọ lati san ifojusi si nigba yiyan / ṣe apẹrẹ awakọ MOSFET jẹ iye ti lọwọlọwọ kukuru-yika lẹsẹkẹsẹ ti o le pese. ​

Ohun keji lati ṣe akiyesi ni pe NMOS, eyiti a lo nigbagbogbo fun wiwakọ giga-giga, nilo foliteji ẹnu-ọna lati tobi ju foliteji orisun nigbati o ba wa ni titan. Nigbati MOSFET ti o wa ni ẹgbẹ giga ti wa ni titan, foliteji orisun jẹ kanna bi foliteji sisan (VCC), nitorinaa foliteji ẹnu-ọna jẹ 4V tabi 10V tobi ju VCC lọ ni akoko yii. Ti o ba fẹ gba foliteji ti o tobi ju VCC lọ ni eto kanna, o nilo Circuit igbelaruge pataki kan. Ọpọlọpọ awọn awakọ ọkọ ayọkẹlẹ ni awọn ifasoke idiyele ti a ṣepọ. O yẹ ki o ṣe akiyesi pe o yẹ ki o yan kapasito ita ti o yẹ lati gba lọwọlọwọ kukuru kukuru to lati wakọ MOSFET.

 

4V tabi 10V ti a mẹnuba loke jẹ foliteji titan ti MOSFET ti a lo nigbagbogbo, ati pe dajudaju ala kan nilo lati gba laaye lakoko apẹrẹ. Ati pe foliteji ti o ga julọ, iyara idari ni iyara ati pe o kere si resistance idari. Bayi MOSFETs wa pẹlu awọn foliteji adaṣe kekere ti a lo ni awọn aaye oriṣiriṣi, ṣugbọn ni awọn ọna itanna adaṣe 12V, adaṣe 4V gbogbogbo ti to.

 

Fun Circuit awakọ MOSFET ati awọn adanu rẹ, jọwọ tọka si Microchip's AN799 Ti o baamu MOSFET Awakọ si MOSFETs. O jẹ alaye pupọ, nitorinaa Emi kii yoo kọ diẹ sii.

 

Ọja ti foliteji ati lọwọlọwọ ni akoko adaṣe jẹ nla pupọ, nfa awọn adanu nla. Idinku akoko iyipada le dinku isonu lakoko adaṣe kọọkan; idinku igbohunsafẹfẹ iyipada le dinku nọmba awọn iyipada fun akoko ẹyọkan. Awọn ọna mejeeji le dinku awọn adanu iyipada.

MOSFET jẹ iru FET (keji jẹ JFET). O le ṣe si ipo imudara tabi ipo idinku, ikanni P-ikanni tabi N-ikanni, apapọ awọn oriṣi 4. Sibẹsibẹ, ipo imudara-ikanni MOSFET N-ikanni nikan ni a lo. ati imudara iru-ikanni P-ikanni MOSFET, nitorinaa NMOS tabi PMOS nigbagbogbo tọka si awọn iru meji wọnyi.

 

5. MOSFET ohun elo Circuit?

Iwa ti o ṣe pataki julọ ti MOSFET ni awọn abuda iyipada ti o dara, nitorinaa o jẹ lilo pupọ ni awọn iyika ti o nilo awọn iyipada itanna, gẹgẹ bi yiyi awọn ipese agbara ati awọn awakọ mọto, ati dimming ina.

 

Awọn awakọ MOSFET oni ni ọpọlọpọ awọn ibeere pataki:

1. Low foliteji ohun elo

Nigba lilo a 5V ipese agbara, ti o ba ti ibile totem polu be ti lo ni akoko yi, niwon awọn transistor be ni a foliteji ju ti nipa 0.7V, awọn gangan ik foliteji loo si ẹnu-bode jẹ nikan 4.3V. Ni akoko yii, a yan agbara ẹnu-ọna ipin

Ewu kan wa nigba lilo MOSFET 4.5V kan. Iṣoro kanna tun waye nigba lilo 3V tabi awọn ipese agbara kekere-kekere miiran.

2. Wide foliteji ohun elo

Foliteji titẹ sii kii ṣe iye ti o wa titi, yoo yipada pẹlu akoko tabi awọn ifosiwewe miiran. Iyipada yii jẹ ki foliteji awakọ ti a pese nipasẹ Circuit PWM si MOSFET lati jẹ riru.

Lati le jẹ ki MOSFETs ni aabo labẹ awọn foliteji ẹnu-ọna giga, ọpọlọpọ awọn MOSFET ni awọn olutọsọna foliteji ti a ṣe sinu lati fi agbara ṣe idinwo titobi ti foliteji ẹnu-bode. Ni ọran yii, nigbati foliteji awakọ ti a pese kọja foliteji ti tube olutọsọna foliteji, yoo fa agbara agbara aimi nla.

Ni akoko kanna, ti o ba rọrun lo ipilẹ ti pipin foliteji resistor lati dinku foliteji ẹnu-ọna, MOSFET yoo ṣiṣẹ daradara nigbati foliteji titẹ sii ba ga, ṣugbọn nigbati foliteji titẹ sii dinku, foliteji ẹnu-bode yoo ko to, nfa Itọpa ti ko pe, nitorinaa jijẹ agbara agbara.

3. Meji foliteji ohun elo

Ni diẹ ninu awọn iyika iṣakoso, apakan kannaa lo aṣoju 5V tabi foliteji oni nọmba 3.3V, lakoko ti apakan agbara nlo foliteji ti 12V tabi paapaa ga julọ. Awọn foliteji meji ti sopọ si ilẹ ti o wọpọ.

Eyi gbe ibeere kan dide lati lo iyika kan ki ẹgbẹ foliteji kekere le ṣakoso MOSFET ni imunadoko ni ẹgbẹ foliteji giga. Ni akoko kanna, MOSFET ni ẹgbẹ foliteji giga yoo tun koju awọn iṣoro ti a mẹnuba ni 1 ati 2.

Ni awọn ọran mẹta wọnyi, ọna opopo totem ko le pade awọn ibeere iṣelọpọ, ati pe ọpọlọpọ awọn MOSFET awakọ ICs ti ita-selifu ko dabi pe o ni awọn ẹya idinkuro foliteji ẹnu-bode.

 

Nitorinaa Mo ṣe apẹrẹ ayika ti gbogbogbo lati pade awọn iwulo mẹta wọnyi.

​

Iwakọ Circuit fun NMOS

Nibi Emi yoo ṣe itupalẹ irọrun ti Circuit awakọ NMOS:

Vl ati Vh jẹ awọn ipese agbara-kekere ati giga-giga ni atele. Awọn foliteji meji le jẹ kanna, ṣugbọn Vl ko yẹ ki o kọja Vh.

Q1 ati Q2 ṣe agbekalẹ ọpa totem ti o yipada lati ṣe aṣeyọri ipinya lakoko ti o rii daju pe awọn tubes awakọ meji Q3 ati Q4 ko tan ni akoko kanna.

R2 ati R3 pese itọkasi foliteji PWM. Nipa yiyipada itọkasi yii, Circuit naa le ṣiṣẹ ni ipo kan nibiti ifihan igbi ifihan PWM ti ga ju.

Q3 ati Q4 ni a lo lati pese lọwọlọwọ awakọ. Nigbati o ba wa ni titan, Q3 ati Q4 nikan ni idinku foliteji ti o kere ju ti Vce ni ibatan si Vh ati GND. Yi foliteji ju jẹ maa n nikan nipa 0.3V, eyi ti o jẹ Elo kekere ju awọn Vce ti 0.7V.

R5 ati R6 jẹ awọn resistors esi, ti a lo lati ṣe ayẹwo foliteji ẹnu-bode. Foliteji ti a ṣe ayẹwo n ṣe agbejade esi odi to lagbara si awọn ipilẹ ti Q1 ati Q2 nipasẹ Q5, nitorinaa diwọn foliteji ẹnu-ọna si iye to lopin. Yi iye le wa ni titunse nipasẹ R5 ati R6.

Lakotan, R1 n pese opin lọwọlọwọ ipilẹ fun Q3 ati Q4, ati R4 n pese opin ẹnu-ọna lọwọlọwọ MOSFET, eyiti o jẹ opin Ice ti Q3 ati Q4. Ti o ba wulo, ohun isare kapasito le ti wa ni ti sopọ ni afiwe si R4.

Circuit yii pese awọn ẹya wọnyi:

1. Lo kekere-ẹgbẹ foliteji ati PWM lati wakọ awọn ga-ẹgbẹ MOSFET.

2. Lo ifihan agbara PWM titobi kekere lati wakọ MOSFET pẹlu awọn ibeere foliteji ẹnu-ọna giga.

3. Oke iye ti foliteji ẹnu-bode

4. Input ati ki o wu lọwọlọwọ ifilelẹ

5. Nipa lilo awọn resistors ti o yẹ, agbara agbara kekere le ṣee ṣe.

6. Awọn ifihan agbara PWM ti yipada. NMOS ko nilo ẹya yii ati pe o le yanju nipasẹ gbigbe ẹrọ oluyipada si iwaju.

Nigbati o ba n ṣe apẹrẹ awọn ẹrọ to ṣee gbe ati awọn ọja alailowaya, imudara iṣẹ ọja ati gigun igbesi aye batiri jẹ awọn ọran meji ti awọn apẹẹrẹ nilo lati koju. Awọn oluyipada DC-DC ni awọn anfani ti ṣiṣe giga, lọwọlọwọ iṣelọpọ nla, ati lọwọlọwọ quiescent kekere, ṣiṣe wọn dara pupọ fun awọn ẹrọ to ṣee gbe. Ni lọwọlọwọ, awọn aṣa akọkọ ninu idagbasoke ti imọ-ẹrọ apẹrẹ oluyipada DC-DC jẹ: (1) Imọ-ẹrọ igbohunsafẹfẹ giga: Bi iwọn igbohunsafẹfẹ ti n pọ si, iwọn ti oluyipada iyipada tun dinku, iwuwo agbara tun pọ si, ati awọn ìmúdàgba esi ti wa ni dara si. . Iwọn iyipada ti awọn oluyipada DC-DC agbara kekere yoo dide si ipele megahertz. (2) Imọ-ẹrọ foliteji kekere: Pẹlu idagbasoke ilọsiwaju ti imọ-ẹrọ iṣelọpọ semikondokito, foliteji iṣiṣẹ ti microprocessors ati awọn ẹrọ itanna to ṣee gbe n dinku ati isalẹ, eyiti o nilo awọn oluyipada DC-DC ọjọ iwaju lati pese foliteji iṣelọpọ kekere lati ni ibamu si awọn microprocessors. awọn ibeere fun awọn isise ati awọn ẹrọ itanna to šee gbe.

Idagbasoke ti awọn imọ-ẹrọ wọnyi ti gbe awọn ibeere ti o ga julọ siwaju fun apẹrẹ ti awọn iyika chirún agbara. Ni akọkọ, bi igbohunsafẹfẹ iyipada ti n tẹsiwaju lati pọ si, awọn ibeere giga ni a gbe sori iṣẹ ti awọn eroja iyipada. Ni akoko kanna, awọn iyika awakọ eroja iyipada ti o baamu gbọdọ wa ni pese lati rii daju pe awọn eroja iyipada ṣiṣẹ deede ni yiyi awọn igbohunsafẹfẹ pada si MHz. Ni ẹẹkeji, fun awọn ẹrọ itanna to ṣee gbe ti batiri, foliteji ṣiṣẹ ti Circuit jẹ kekere (mu awọn batiri lithium bi apẹẹrẹ, foliteji ṣiṣẹ jẹ 2.5 ~ 3.6V), nitorinaa, foliteji iṣẹ ti chirún agbara jẹ kekere.

 

MOSFET ni o kere pupọ lori-resistance ati pe o nlo agbara kekere. MOSFET ni igbagbogbo lo bi iyipada agbara ni awọn eerun DC-DC ṣiṣe ṣiṣe giga lọwọlọwọ lọwọlọwọ. Sibẹsibẹ, nitori agbara parasitic nla ti MOSFET, agbara ẹnu-ọna ti awọn tubes iyipada NMOS jẹ giga bi mewa ti picofarads. Eyi n gbe awọn ibeere ti o ga julọ siwaju fun apẹrẹ ti igbohunsafẹfẹ iṣiṣẹ giga DC-DC oluyipada yiyi tube awakọ tube.

Ni awọn aṣa ULSI kekere-foliteji, ọpọlọpọ awọn iyika CMOS ati BiCMOS lo wa nipa lilo awọn ẹya igbelaruge bootstrap ati awọn iyika wakọ bi awọn ẹru agbara nla. Awọn iyika wọnyi le ṣiṣẹ ni deede pẹlu foliteji ipese agbara kekere ju 1V, ati pe o le ṣiṣẹ ni igbohunsafẹfẹ ti mewa ti megahertz tabi paapaa awọn ọgọọgọrun megahertz pẹlu agbara fifuye ti 1 si 2pF. Nkan yii nlo Circuit igbelaruge bootstrap lati ṣe apẹrẹ Circuit awakọ kan pẹlu agbara awakọ agbara fifuye nla ti o dara fun foliteji kekere, igbelaruge igbohunsafẹfẹ iyipada giga awọn oluyipada DC-DC. A ṣe apẹrẹ Circuit naa da lori ilana Samsung AHP615 BiCMOS ati rii daju nipasẹ kikopa Hspice. Nigbati foliteji ipese jẹ 1.5V ati agbara fifuye jẹ 60pF, igbohunsafẹfẹ iṣẹ le de diẹ sii ju 5MHz.

​

MOSFET awọn abuda iyipada

​

1. aimi abuda

Gẹgẹbi eroja iyipada, MOSFET tun ṣiṣẹ ni awọn ipinlẹ meji: pipa tabi titan. Niwọn bi MOSFET jẹ paati iṣakoso foliteji, ipo iṣẹ rẹ jẹ ipinnu nipataki nipasẹ foliteji orisun-uGS.

 

Awọn abuda iṣẹ jẹ bi wọnyi:

※ uGS＜ tan-an foliteji UT: MOSFET ṣiṣẹ ni agbegbe gige, iDS lọwọlọwọ orisun sisan jẹ ipilẹ 0, foliteji uDS≈UDD, ati MOSFET wa ni ipo “pipa”.

※ uGS>Tan-an foliteji UT: MOSFET ṣiṣẹ ni agbegbe idari, imugbẹ-orisun iDS lọwọlọwọ = UDD/(RD + rDS). Lara wọn, rDS ni idamu-orisun resistance nigbati MOSFET wa ni titan. Foliteji UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), ti o ba jẹ rDS＜RD, uDS≈0V, MOSFET wa ni ipo “lori”.

2. Ìmúdàgba abuda

MOSFET tun ni ilana iyipada kan nigbati o ba yipada laarin awọn ipinlẹ titan ati pipa, ṣugbọn awọn abuda agbara rẹ da lori akoko ti o nilo lati ṣaja ati mu agbara agbara ti o ni ibatan si Circuit, ati ikojọpọ idiyele ati idasilẹ nigbati tube funrararẹ wa ni titan ati pipa. Akoko ifasilẹ naa kere pupọ.

Nigbati foliteji titẹ sii ui yipada lati giga si kekere ati MOSFET yipada lati ipo titan si ipo pipa, ipese agbara UDD ṣe idiyele agbara agbara CL nipasẹ RD, ati akoko gbigba agbara igbagbogbo τ1=RDCL. Nitorinaa, foliteji o wu uo nilo lati lọ nipasẹ idaduro kan ṣaaju iyipada lati ipele kekere si ipele giga; nigbati foliteji titẹ sii ui yipada lati kekere si giga ati MOSFET yipada lati ipo pipa si ipo ti o wa, idiyele lori capacitance stray CL kọja nipasẹ rDS Discharge waye pẹlu akoko idasilẹ nigbagbogbo τ2≈rDSCL. O le rii pe foliteji iṣelọpọ Uo tun nilo idaduro kan ṣaaju ki o le yipada si ipele kekere. Ṣugbọn nitori pe rDS kere pupọ ju RD, akoko iyipada lati gige-pipa si adaṣe jẹ kukuru ju akoko iyipada lati itọpa si gige-pipa.

Niwọn igba ti rDS orisun omi-iṣan ti MOSFET nigbati o ba wa ni titan tobi pupọ ju rCES itẹlera ti transistor, ati pe RD ita gbangba ita gbangba tun tobi ju RC olugba agbara ti transistor, gbigba agbara ati akoko gbigba agbara. ti MOSFET ti gun, ṣiṣe MOSFET Iyara iyipada jẹ kekere ju ti transistor. Bibẹẹkọ, ni awọn iyika CMOS, niwọn bi Circuit gbigba agbara ati iyika gbigba agbara jẹ awọn iyika kekere-resistance, gbigba agbara ati awọn ilana gbigba agbara jẹ iyara diẹ, ti o yorisi iyara iyipada giga fun Circuit CMOS.