Circuito driver MOSFET di grandi dimensioni

Innanzitutto, il tipo e la struttura del MOSFET,MOSFETè un FET (un altro è JFET), può essere prodotto in tipo potenziato o a svuotamento, a canale P o a canale N per un totale di quattro tipi, ma l'applicazione effettiva solo di MOSFET a canale N potenziati e MOSFET a canale P potenziati, quindi solitamente indicato come NMOS o PMOS si riferisce a questi due tipi. Per questi due tipi di MOSFET potenziati, quello più comunemente utilizzato è NMOS, il motivo è che la resistenza on è piccola e facile da produrre. Pertanto, NMOS viene generalmente utilizzato nelle applicazioni di alimentazione a commutazione e di azionamento di motori.

Nella seguente introduzione, la maggior parte dei casi sono dominati da NMOS. esiste una capacità parassita tra i tre pin del MOSFET, una caratteristica che non è necessaria ma deriva dalle limitazioni del processo di produzione. La presenza di capacità parassita rende un po' complicato progettare o selezionare un circuito di pilotaggio. C'è un diodo parassita tra lo scarico e la sorgente. Questo è chiamato diodo body ed è importante per pilotare carichi induttivi come i motori. A proposito, il diodo body è presente solo nei singoli MOSFET e solitamente non è presente all'interno di un chip IC.

MOSFETPerdita di commutazione del tubo, sia essa NMOS o PMOS, dopo che esiste la conduzione della resistenza ON, in modo che la corrente consumerà energia in questa resistenza, questa parte dell'energia consumata è chiamata perdita di conduzione. La selezione di MOSFET con bassa resistenza in conduzione ridurrà la perdita di resistenza in conduzione. Al giorno d'oggi, la resistenza dei MOSFET a bassa potenza è generalmente intorno alle decine di milliohm e sono disponibili anche alcuni milliohm. I MOSFET non devono essere completati in un istante quando sono accesi e spenti. Esiste un processo di diminuzione della tensione a le due estremità del MOSFET e c'è un processo di aumento della corrente che lo attraversa. Durante questo periodo di tempo, la perdita dei MOSFET è il prodotto della tensione e della corrente, che è chiamata perdita di commutazione. Solitamente la perdita di commutazione è molto maggiore della perdita di conduzione e quanto più veloce è la frequenza di commutazione, tanto maggiore è la perdita. Il prodotto tra tensione e corrente nell'istante della conduzione è molto elevato, determinando grandi perdite. Accorciando il tempo di commutazione si riducono le perdite ad ogni conduzione; riducendo la frequenza di commutazione si riduce il numero di commutazioni per unità di tempo. Entrambi questi approcci riducono le perdite di commutazione.

Rispetto ai transistor bipolari, si ritiene generalmente che non sia necessaria alcuna corrente per creare un transistorMOSFETcondurre, finché la tensione GS è superiore a un certo valore. Questo è facile da fare, tuttavia, abbiamo anche bisogno di velocità. Come puoi vedere nella struttura del MOSFET, c'è una capacità parassita tra GS, GD e il pilotaggio del MOSFET è, in effetti, la carica e la scarica della capacità. La carica del condensatore richiede corrente, poiché la carica istantanea del condensatore può essere vista come un cortocircuito, quindi la corrente istantanea sarà maggiore. La prima cosa da notare quando si seleziona/progetta un driver MOSFET è l'entità della corrente di cortocircuito istantanea che può essere fornita.

La seconda cosa da notare è che, generalmente utilizzata nei drive NMOS di fascia alta, la tensione di gate on-time deve essere maggiore della tensione di source. MOSFET di fascia alta sulla tensione sorgente e sulla tensione di drain (VCC) uguali, quindi la tensione di gate rispetto a VCC 4 V o 10 V. se nello stesso impianto, per ottenere una tensione maggiore della VCC, occorre specializzarsi nel circuito di boost. Molti driver di motori hanno pompe di carica integrate, è importante notare che è necessario scegliere la capacità esterna appropriata per ottenere una corrente di cortocircuito sufficiente per pilotare il MOSFET. 4 V o 10 V è il MOSFET comunemente usato sulla tensione, ovviamente è necessario avere un certo margine nella progettazione. Maggiore è la tensione, maggiore è la velocità nello stato attivo e minore è la resistenza nello stato attivo. Ora ci sono anche MOSFET di tensione sullo stato più piccoli utilizzati in diversi campi, ma nel sistema elettronico automobilistico a 12 V, generalmente 4 V sullo stato sono sufficienti. La caratteristica più notevole del MOSFET sono le caratteristiche di commutazione del bene, quindi è ampiamente utilizzato nel necessità di circuiti di commutazione elettronici, come alimentatori a commutazione e azionamento di motori, ma anche di regolazione dell'illuminazione. Condurre significa agire come un interruttore, il che equivale a una chiusura dell'interruttore. Caratteristiche NMOS, Vgs maggiore di un certo valore condurrà, adatto per l'uso nel caso in cui la sorgente sia messa a terra (azionamento di fascia bassa), purché il gate tensione di 4 V o 10 V. Caratteristiche PMOS, condurrà Vgs inferiore a un certo valore, adatto per l'uso nel caso in cui la sorgente sia collegata al VCC (azionamento di fascia alta). Tuttavia, sebbene PMOS possa essere facilmente utilizzato come driver di fascia alta, NMOS viene solitamente utilizzato nei driver di fascia alta a causa della grande resistenza in conduzione, del prezzo elevato e dei pochi tipi di sostituzione.

Ora i MOSFET guidano applicazioni a bassa tensione, quando si utilizza un'alimentazione a 5 V, questa volta se si utilizza la tradizionale struttura totem pole, a causa della caduta di tensione di circa 0,7 V del transistor, con conseguente aggiunta finale effettiva al gate sul la tensione è di soli 4,3 V. In questo momento, scegliamo la tensione di gate nominale di 4,5 V del MOSFET in base all'esistenza di determinati rischi. Lo stesso problema si verifica nell'uso di 3 V o altre occasioni di alimentazione a bassa tensione. La doppia tensione viene utilizzata in alcuni circuiti di controllo in cui la sezione logica utilizza una tipica tensione digitale di 5 V o 3,3 V e la sezione di alimentazione utilizza 12 V o anche superiore. Le due tensioni sono collegate utilizzando una terra comune. Ciò pone l'esigenza di utilizzare un circuito che consenta al lato a bassa tensione di controllare efficacemente il MOSFET sul lato ad alta tensione, mentre il MOSFET sul lato ad alta tensione dovrà affrontare gli stessi problemi menzionati ai punti 1 e 2. In tutti e tre i casi, il La struttura del totem pole non può soddisfare i requisiti di uscita e molti circuiti integrati driver MOSFET standard non sembrano includere una struttura di limitazione della tensione di gate. La tensione di ingresso non è un valore fisso, varia con il tempo o altri fattori. Questa variazione rende instabile la tensione di pilotaggio fornita al MOSFET dal circuito PWM. Per rendere il MOSFET sicuro da tensioni di gate elevate, molti MOSFET dispongono di regolatori di tensione integrati per limitare forzatamente l'ampiezza della tensione di gate.

In questo caso, quando la tensione di pilotaggio fornita supera la tensione del regolatore, causerà un grande consumo di energia statica. Allo stesso tempo, se si utilizza semplicemente il principio del partitore di tensione del resistore per ridurre la tensione di gate, ci sarà un consumo relativamente Se la tensione di ingresso è elevata, il MOSFET funziona bene, mentre la tensione di ingresso viene ridotta quando la tensione di gate è insufficiente a provocare una conduzione non sufficientemente completa, aumentando così il consumo energetico.

Circuito relativamente comune qui solo per il circuito del driver NMOS per eseguire una semplice analisi: Vl e Vh sono rispettivamente l'alimentatore di fascia bassa e di fascia alta, le due tensioni possono essere le stesse, ma Vl non deve superare Vh. Q1 e Q2 formano un totem rovesciato, utilizzato per ottenere l'isolamento, e allo stesso tempo per garantire che le due valvole driver Q3 e Q4 non siano accese contemporaneamente. R2 e R3 forniscono il riferimento di tensione PWM e, modificando questo riferimento, è possibile far funzionare bene il circuito e la tensione di gate non è sufficiente per provocare una conduzione completa, aumentando così il consumo di energia. R2 e R3 forniscono il riferimento di tensione PWM, modificando questo riferimento, è possibile far funzionare il circuito nella forma d'onda del segnale PWM in una posizione relativamente ripida e diritta. Q3 e Q4 vengono utilizzati per fornire la corrente del convertitore, a causa del tempo di attivazione, Q3 e Q4 rispetto a Vh e GND rappresentano solo un minimo di caduta di tensione Vce, questa caduta di tensione è solitamente solo di 0,3 V circa, molto inferiore superiore a 0,7 V Vce R5 e R6 sono resistori di feedback per il campionamento della tensione di gate, dopo aver campionato la tensione, la tensione di gate viene utilizzata come resistore di feedback per la tensione di gate e la tensione del campione viene utilizzata per la tensione di gate. R5 e R6 sono resistori di feedback utilizzati per campionare la tensione di gate, che viene poi fatta passare attraverso Q5 per creare un forte feedback negativo sulle basi di Q1 e Q2, limitando così la tensione di gate a un valore finito. Questo valore può essere regolato da R5 e R6. Infine, R1 fornisce la limitazione della corrente di base a Q3 e Q4, e R4 fornisce la limitazione della corrente di gate ai MOSFET, che è la limitazione dell'Ice di Q3Q4. Se necessario è possibile collegare in parallelo sopra R4 un condensatore di accelerazione.                                         

Quando si progettano dispositivi portatili e prodotti wireless, il miglioramento delle prestazioni del prodotto e l'estensione del tempo di funzionamento della batteria sono due questioni che i progettisti devono affrontare. I convertitori CC-CC presentano i vantaggi di alta efficienza, elevata corrente di uscita e bassa corrente di riposo, che sono molto adatti per l'alimentazione di dispositivi portatili. dispositivi.

I convertitori DC-DC presentano i vantaggi di alta efficienza, elevata corrente di uscita e bassa corrente di quiescenza, che sono molto adatti per alimentare dispositivi portatili. Attualmente, le principali tendenze nello sviluppo della tecnologia di progettazione dei convertitori DC-DC includono: tecnologia ad alta frequenza: con l'aumento della frequenza di commutazione, anche le dimensioni del convertitore di commutazione vengono ridotte, la densità di potenza è stata notevolmente aumentata e la dinamica la risposta è stata migliorata Piccolo

La frequenza di commutazione del convertitore DC-DC di potenza salirà al livello dei megahertz. Tecnologia a bassa tensione di uscita: con il continuo sviluppo della tecnologia di produzione dei semiconduttori, la tensione operativa dei microprocessori e delle apparecchiature elettroniche portatili sta diventando sempre più bassa, il che richiede che il futuro convertitore CC-CC possa fornire una bassa tensione di uscita per adattarsi al microprocessore e alle apparecchiature elettroniche portatili, che richiede il futuro convertitore DC-DC in grado di fornire una bassa tensione di uscita per adattarsi al microprocessore.

Sufficiente per fornire una bassa tensione di uscita per adattarsi a microprocessori e apparecchiature elettroniche portatili. Questi sviluppi tecnologici impongono requisiti più elevati per la progettazione dei circuiti dei chip di alimentazione. Innanzitutto, con l'aumento della frequenza di commutazione, vengono migliorate le prestazioni dei componenti di commutazione

Requisiti elevati per le prestazioni dell'elemento di commutazione e deve avere il circuito di azionamento dell'elemento di commutazione corrispondente per garantire che l'elemento di commutazione nella frequenza di commutazione fino al livello di megahertz di funzionamento normale. In secondo luogo, per i dispositivi elettronici portatili alimentati a batteria, la tensione di funzionamento del circuito è bassa (nel caso delle batterie al litio, ad esempio).

Le batterie al litio, ad esempio, la tensione operativa di 2,5 ~ 3,6 V), quindi il chip di alimentazione per la tensione inferiore.

Il MOSFET ha una resistenza molto bassa, un basso consumo energetico, nell'attuale popolare chip DC-DC ad alta efficienza più MOSFET come interruttore di alimentazione. Tuttavia, a causa della grande capacità parassita dei MOSFET. Ciò pone requisiti più elevati sulla progettazione di circuiti driver a tubi di commutazione per la progettazione di convertitori CC-CC ad alta frequenza operativa. Esistono vari circuiti logici CMOS e BiCMOS che utilizzano la struttura di boost bootstrap e circuiti di pilotaggio come grandi carichi capacitivi nel design ULSI a bassa tensione. Questi circuiti sono in grado di funzionare correttamente in condizioni di tensione di alimentazione inferiore a 1 V e possono funzionare in condizioni di capacità di carico. La frequenza di 1 ~ 2 pF può raggiungere decine di megabit o addirittura centinaia di megahertz. In questo documento, il circuito di boost bootstrap viene utilizzato per progettare una capacità di azionamento di capacità di carico di grandi dimensioni, adatta per il circuito di azionamento del convertitore DC-DC boost a bassa tensione e alta frequenza di commutazione. Tensione di fascia bassa e PWM per pilotare MOSFET di fascia alta. Segnale PWM di piccola ampiezza per pilotare requisiti di tensione di gate elevati dei MOSFET.