Pakkett Kbir MOSFET Driver Circuit

L-ewwelnett, it-tip u l-istruttura MOSFET,MOSFEThuwa FET (ieħor huwa JFET), jista 'jiġi manifatturat f'tip imsaħħaħ jew ta' tnaqqis, P-channel jew N-channel total ta 'erba' tipi, iżda l-applikazzjoni attwali ta 'MOSFETs N-channel imtejba biss u MOSFETs P-channel imtejba, għalhekk normalment imsejħa NMOS jew PMOS tirreferi għal dawn iż-żewġ tipi. Għal dawn iż-żewġ tipi ta 'MOSFETs imsaħħa, l-aktar użat komunement huwa NMOS, ir-raġuni hija li r-reżistenza fuq hija żgħira, u faċli biex timmanifattura. Għalhekk, NMOS ġeneralment jintuża fl-iswiċċjar tal-provvista tal-enerġija u l-applikazzjonijiet tas-sewqan tal-mutur.

Fl-introduzzjoni li ġejja, ħafna mill-każijiet huma ddominati minn NMOS. kapaċità parassitika teżisti bejn it-tliet pins tal-MOSFET, karatteristika li mhix meħtieġa iżda tqum minħabba limitazzjonijiet tal-proċess tal-manifattura. Il-preżenza ta 'capacitance parassitika tagħmilha daqsxejn delikata biex tiddisinja jew tagħżel ċirkwit tas-sewwieq. Hemm dijodu parassitiku bejn il-fossa u s-sors. Dan jissejjaħ id-dijodu tal-ġisem u huwa importanti fis-sewqan ta 'tagħbijiet induttivi bħal muturi. Mill-mod, id-dijodu tal-ġisem huwa preżenti biss f'MOSFETs individwali u ġeneralment ma jkunx preżenti ġewwa ċippa IC.

MOSFETtelf ta 'tubu tal-bidla, kemm jekk huwa NMOS jew PMOS, wara li teżisti l-konduzzjoni tar-reżistenza fuq, sabiex il-kurrent se jikkonsma l-enerġija f'din ir-reżistenza, din il-parti tal-enerġija kkunsmata tissejjaħ telf ta' konduzzjoni. L-għażla ta 'MOSFETs b'reżistenza baxxa se tnaqqas it-telf ta' reżistenza fuq. Illum il-ġurnata, ir-reżistenza mixgħula ta 'MOSFETs ta' enerġija baxxa hija ġeneralment madwar għexieren ta 'milliohms, u ftit milliohms huma wkoll disponibbli. MOSFETs m'għandhomx jitlestew f'waqtu meta jkunu mixgħula u mitfija. Hemm proċess ta 'tnaqqis tal-vultaġġ f' iż-żewġt itruf tal-MOSFET, u hemm proċess biex jiżdied il-kurrent li jgħaddi minnu. Matul dan il-perjodu ta 'żmien, it-telf ta' MOSFET huwa il-prodott tal-vultaġġ u l-kurrent, li jissejjaħ it-telf tal-bidla. Normalment it-telf tal-bdil huwa ħafna akbar mit-telf tal-konduzzjoni, u iktar ma tkun mgħaġġla l-frekwenza tal-bdil, iktar ikun kbir it-telf. Il-prodott tal-vultaġġ u l-kurrent fil-mument tal-konduzzjoni huwa kbir ħafna, li jirriżulta f'telf kbir. It-tqassir tal-ħin tal-iswiċċjar inaqqas it-telf f'kull konduzzjoni; it-tnaqqis tal-frekwenza tal-iswiċċjar inaqqas in-numru ta 'swiċċijiet għal kull unità ta' ħin. Dawn iż-żewġ approċċi jnaqqsu t-telf tal-bidla.

Meta mqabbel ma 'transisters bipolari, huwa ġeneralment maħsub li l-ebda kurrent mhu meħtieġ biex jagħmel aMOSFETkondotta, sakemm il-vultaġġ GS ikun 'il fuq minn ċertu valur. Dan huwa faċli li tagħmel, madankollu, għandna bżonn ukoll veloċità. Kif tistgħu taraw fl-istruttura tal-MOSFET, hemm kapaċità parassitika bejn GS, GD, u s-sewqan tal-MOSFET huwa, fil-fatt, l-iċċarġjar u l-ħatt tal-kapaċità. L-iċċarġjar tal-kapaċitatur jeħtieġ kurrent, minħabba li l-iċċarġjar tal-kapaċitatur istantanjament jista 'jitqies bħala ċirkwit qasir, għalhekk il-kurrent istantanju jkun ogħla. L-ewwel ħaġa li għandek tinnota meta tagħżel/iddisinja sewwieq MOSFET hija d-daqs tal-kurrent istantanju ta 'short-circuit li jista' jiġi pprovdut.

It-tieni ħaġa li wieħed jinnota hija li, ġeneralment użata f'NMOS high-end drive, il-vultaġġ tal-bieb fil-ħin jeħtieġ li jkun akbar mill-vultaġġ tas-sors. High-end drive MOSFET fuq il-vultaġġ tas-sors u l-vultaġġ tad-drain (VCC) l-istess, allura l-vultaġġ tal-bieb mill-VCC 4V jew 10V. jekk fl-istess sistema, biex tikseb vultaġġ akbar mill-VCC, għandna bżonn li jispeċjalizzaw fiċ-ċirkwit boost. Ħafna sewwieqa tal-muturi għandhom pompi ta 'ċarġ integrati, huwa importanti li wieħed jinnota li għandek tagħżel il-kapaċità esterna xierqa biex tikseb biżżejjed kurrent ta' short-circuit biex issuq il-MOSFET. 4V jew 10V huwa l-MOSFET użat b'mod komuni fuq il-vultaġġ, id-disinn naturalment, jeħtieġ li jkollok ċertu marġni. Aktar ma jkun għoli l-vultaġġ, aktar mgħaġġla tkun il-veloċità fuq l-istat u inqas tkun ir-reżistenza fuq l-istat. Issa hemm ukoll MOSFETs iżgħar ta 'vultaġġ fuq l-istat użati f'oqsma differenti, iżda fis-sistema elettronika tal-karozzi 12V, ġeneralment 4V on-state huwa biżżejjed. MOSFETs karatteristika l-aktar notevoli hija l-karatteristiċi tal-bidla tal-tajba, għalhekk hija użata ħafna fil- ħtieġa għal ċirkwiti ta 'swiċċjar elettroniċi, bħal provvista ta' enerġija li tiswiċċja u drive tal-mutur, iżda wkoll dimming tad-dawl. Tmexxija tfisser li taġixxi bħala swiċċ, li huwa ekwivalenti għal għeluq ta 'swiċċ.NMOS karatteristiċi, Vgs akbar minn ċertu valur se jwettaq, adattat għall-użu fil-każ meta s-sors ikun ertjat (drive low-end), sakemm il-bieb vultaġġ ta '4V jew 10V.PMOS karatteristiċi, Vgs inqas minn ċertu valur se twettaq, adattat għall-użu fil-każ meta s-sors ikun imqabbad mal-VCC (drive high-end). Madankollu, għalkemm PMOS jista 'jintuża faċilment bħala sewwieq ta' tmiem għoli, NMOS normalment jintuża f'sewwieqa ta 'livell għoli minħabba r-reżistenza kbira, prezz għoli u ftit tipi ta' sostituzzjoni.

Issa l-MOSFET drajv applikazzjonijiet ta 'vultaġġ baxx, meta l-użu ta' provvista ta 'enerġija 5V, din id-darba jekk tuża l-istruttura tal-arblu tat-totem tradizzjonali, minħabba t-transistor tkun ta' madwar 0.7V waqgħa fil-vultaġġ, li tirriżulta fil-finali attwali miżjuda mal-bieb fuq il- vultaġġ huwa biss 4.3 V. F'dan iż-żmien, aħna nagħżlu l-vultaġġ gate nominali ta '4.5V tal-MOSFET fuq l-eżistenza ta' ċerti riskji. L-istess problema sseħħ fl-użu ta '3V jew okkażjonijiet oħra ta' provvista ta 'enerġija ta' vultaġġ baxx. Vultaġġ doppju jintuża f'xi ċirkwiti ta 'kontroll fejn is-sezzjoni tal-loġika tuża vultaġġ diġitali tipiku ta' 5V jew 3.3V u s-sezzjoni tal-enerġija tuża 12V jew saħansitra ogħla. Iż-żewġ vultaġġi huma konnessi bl-użu ta 'art komuni. Dan ipoġġi rekwiżit li jintuża ċirkwit li jippermetti li n-naħa ta 'vultaġġ baxx tikkontrolla b'mod effettiv il-MOSFET fuq in-naħa ta' vultaġġ għoli, filwaqt li l-MOSFET fuq in-naħa ta 'vultaġġ għoli se jiffaċċja l-istess problemi msemmija f'1 u 2. Fit-tliet każijiet kollha, il- L-istruttura tal-arblu tat-totem ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tal-output, u ħafna ICs tas-sewwieq MOSFET off-the-shelf ma jidhirx li jinkludu struttura li tillimita l-vultaġġ tal-bieb. Il-vultaġġ tad-dħul mhuwiex valur fiss, ivarja skond iż-żmien jew fatturi oħra. Din il-varjazzjoni tikkawża li l-vultaġġ tas-sewqan ipprovdut lill-MOSFET miċ-ċirkwit PWM ikun instabbli. Sabiex il-MOSFET ikun sikur minn vultaġġi għolja tal-bieb, ħafna MOSFET għandhom regolaturi tal-vultaġġ inkorporati biex jillimitaw bil-qawwa l-amplitudni tal-vultaġġ tal-bieb.

F'dan il-każ, meta l-vultaġġ tas-sewqan ipprovdut jaqbeż il-vultaġġ tar-regolatur, se jikkawża konsum kbir ta 'enerġija statika Fl-istess ħin, jekk sempliċement tuża l-prinċipju ta' diviżur tal-vultaġġ tar-reżistenza biex tnaqqas il-vultaġġ tal-bieb, se jkun hemm relattivament vultaġġ ta 'input għoli, il-MOSFET jaħdem tajjeb, filwaqt li l-vultaġġ tad-dħul jitnaqqas meta l-vultaġġ tal-bieb ma jkunx biżżejjed biex jikkawża konduzzjoni kompluta insuffiċjentement, u b'hekk iżid il-konsum tal-enerġija.

Ċirkwit relattivament komuni hawn biss għaċ-ċirkwit tas-sewwieq NMOS biex jagħmel analiżi sempliċi: Vl u Vh huma l-provvista ta 'enerġija low-end u high-end, rispettivament, iż-żewġ vultaġġi jistgħu jkunu l-istess, iżda Vl m'għandux jaqbeż Vh. Q1 u Q2 jiffurmaw arblu tat-totem maqlub, użat biex jinkiseb l-iżolament, u fl-istess ħin biex jiġi żgurat li ż-żewġ tubi tas-sewwieq Q3 u Q4 ma jkunux fuq fl-istess ħin. R2 u R3 jipprovdu r-referenza tal-vultaġġ PWM, u billi tbiddel din ir-referenza, tista 'tagħmel iċ-ċirkwit jaħdem tajjeb, u l-vultaġġ tal-bieb mhuwiex biżżejjed biex jikkawża konduzzjoni bir-reqqa, u b'hekk iżżid il-konsum tal-enerġija. R2 u R3 jipprovdu r-referenza tal-vultaġġ PWM, billi tbiddel din ir-referenza, tista 'tħalli liċ-ċirkwit jaħdem fil-forma tal-mewġ tas-sinjal PWM hija pożizzjoni relattivament wieqaf u dritta. Q3 u Q4 huma użati biex jipprovdu l-kurrent tas-sewqan, minħabba l-on-time, Q3 u Q4 relattivi għall-Vh u GND huma biss minimu ta 'waqgħa tal-vultaġġ Vce, din il-waqgħa tal-vultaġġ hija ġeneralment biss 0.3V jew hekk, ħafna aktar baxxi minn 0.7V Vce R5 u R6 huma resistors feedback għall-kampjunar tal-vultaġġ tal-bieb, wara li jittieħed kampjun tal-vultaġġ, il-vultaġġ tal-bieb jintuża bħala resistor ta 'rispons għall-bieb vultaġġ, u l-vultaġġ tal-kampjun huwa użat għall-vultaġġ gate. R5 u R6 huma resistors ta 'feedback użati biex jieħdu kampjun tal-vultaġġ tal-bieb, li mbagħad jgħaddi minn Q5 biex joħloq feedback negattiv qawwi fuq il-bażijiet ta' Q1 u Q2, u b'hekk jillimitaw il-vultaġġ tal-bieb għal valur finit. Dan il-valur jista 'jiġi aġġustat minn R5 u R6. Fl-aħħarnett, R1 jipprovdi l-limitazzjoni tal-kurrent bażi għal Q3 u Q4, u R4 jipprovdi l-limitazzjoni tal-kurrent tal-bieb għall-MOSFETs, li hija l-limitazzjoni tas-Silġ ta 'Q3Q4. Kapaċitatur ta 'aċċelerazzjoni jista' jiġi mqabbad b'mod parallel fuq R4 jekk meħtieġ.                                         

Meta tiddisinja tagħmir portabbli u prodotti mingħajr fili, it-titjib tal-prestazzjoni tal-prodott u l-estensjoni tal-ħin tat-tħaddim tal-batterija huma żewġ kwistjonijiet li d-disinjaturi jeħtieġ li jiffaċċjaw. Il-konvertituri DC-DC għandhom il-vantaġġi ta 'effiċjenza għolja, kurrent ta' produzzjoni għolja u kurrent ta 'kwiet baxx, li huma adattati ħafna għall-enerġija portabbli. apparati.

Il-konvertituri DC-DC għandhom il-vantaġġi ta 'effiċjenza għolja, kurrent ta' produzzjoni għolja u kurrent ta 'kwiet baxx, li huma adattati ħafna biex iħaddmu apparati portabbli. Bħalissa, ix-xejriet ewlenin fl-iżvilupp tat-teknoloġija tad-disinn tal-konvertitur DC-DC jinkludu: teknoloġija ta 'frekwenza għolja: biż-żieda fil-frekwenza tal-iswiċċjar, id-daqs tal-konvertitur tal-iswiċċjar jitnaqqas ukoll, id-densità tal-qawwa żdiedet b'mod sinifikanti, u d-dinamika ir-rispons ġie mtejjeb. Żgħir

Il-frekwenza tal-qlib tal-konvertitur tal-qawwa DC-DC se titla' għal-livell ta 'megahertz. Teknoloġija ta 'vultaġġ ta' produzzjoni baxxa: Bl-iżvilupp kontinwu tat-teknoloġija tal-manifattura tas-semikondutturi, mikroproċessuri u vultaġġ operattiv ta 'tagħmir elettroniku li jista' jinġarr qed isir aktar baxx u aktar baxx, li jeħtieġ konvertitur DC-DC futur jista 'jipprovdi vultaġġ ta' produzzjoni baxx biex jadatta għall-mikroproċessur u tagħmir elettroniku portabbli, li teħtieġ futur DC-DC konvertitur jista 'jipprovdi vultaġġ ta' output baxx biex jadattaw għall-mikroproċessur.

Biżżejjed biex tipprovdi vultaġġ baxx ta 'produzzjoni biex tadatta għal mikroproċessuri u tagħmir elettroniku portabbli. Dawn l-iżviluppi teknoloġiċi jressqu rekwiżiti ogħla għad-disinn taċ-ċirkwiti taċ-ċippa tal-provvista tal-enerġija. L-ewwelnett, bil-frekwenza tal-iswiċċjar dejjem tiżdied, titressaq il-prestazzjoni tal-komponenti tal-iswiċċjar

Rekwiżiti għoljin għall-prestazzjoni tal-element tal-iswiċċjar, u għandu jkollu ċ-ċirkwit tas-sewqan tal-element tal-iswiċċjar korrispondenti biex jiżgura li l-element tal-iswiċċjar fil-frekwenza tal-iswiċċjar sal-livell megahertz ta 'tħaddim normali. It-tieni nett, għal apparat elettroniku portabbli li jaħdem bil-batterija, il-vultaġġ operattiv taċ-ċirkwit huwa baxx (fil-każ ta 'batteriji tal-litju, pereżempju).

Batteriji tal-litju, per eżempju, il-vultaġġ operattiv ta '2.5 ~ 3.6V), għalhekk iċ-ċippa tal-provvista tal-enerġija għall-vultaġġ aktar baxx.

MOSFET għandu reżistenza baxxa ħafna, konsum baxx ta 'enerġija, fiċ-ċippa DC-DC ta' effiċjenza għolja popolari kurrenti aktar MOSFET bħala swiċċ tal-enerġija. Madankollu, minħabba l-kapaċità parassitika kbira tal-MOSFETs. Dan ipoġġi rekwiżiti ogħla fuq id-disinn ta 'ċirkwiti tas-sewwieq tat-tubu tal-bidla għad-disinn ta' konvertituri DC-DC ta 'frekwenza għolja operattiva. Hemm diversi ċirkwiti loġiċi CMOS, BiCMOS li jużaw struttura ta 'boost tal-bootstrap u ċirkwiti tas-sewwieq bħala tagħbijiet abilità kbar f'disinn ULSI ta' vultaġġ baxx. Dawn iċ-ċirkwiti huma kapaċi jaħdmu sew taħt il-kundizzjonijiet ta 'provvista ta' vultaġġ inqas minn 1V, u jistgħu jaħdmu taħt il-kundizzjonijiet ta 'kapaċità tat-tagħbija 1 ~ frekwenza 2pF tista' tilħaq għexieren ta 'megabits jew saħansitra mijiet ta' megahertz. F'din id-dokument, iċ-ċirkwit tal-boost tal-bootstrap jintuża biex jiddisinja kapaċità ta 'sewqan ta' kapaċità ta 'tagħbija kbira, adattata għal ċirkwit ta' drajv tal-konvertitur DC-DC b'vultaġġ baxx, għoli ta 'swiċċjar ta' frekwenza. Vultaġġ baxx u PWM biex issuq MOSFETs high-end. Sinjal PWM ta 'amplitudni żgħira biex issuq rekwiżiti ta' vultaġġ għoli ta 'gate ta' MOSFETs.