MOSFET gwybodaeth a chymhwysiad sylfaenol gwreiddiol

O ran pam modd disbydduMOSFETaunad ydynt yn cael eu defnyddio, ni argymhellir cyrraedd y gwaelod.

Ar gyfer y ddau MOSFET modd gwella hyn, defnyddir NMOS yn fwy cyffredin. Y rheswm yw bod yr ar-ymwrthedd yn fach ac yn hawdd i'w gynhyrchu. Felly, defnyddir NMOS yn gyffredinol wrth newid cyflenwad pŵer a chymwysiadau gyriant modur. Yn y cyflwyniad canlynol, defnyddir NMOS yn bennaf.

Mae cynhwysedd parasitig rhwng tri phin y MOSFET. Nid dyma sydd ei angen arnom, ond mae'n cael ei achosi gan gyfyngiadau'r broses weithgynhyrchu. Mae bodolaeth cynhwysedd parasitig yn ei gwneud hi'n fwy trafferthus wrth ddylunio neu ddewis cylched gyrru, ond nid oes unrhyw ffordd i'w osgoi. Byddwn yn ei gyflwyno'n fanwl yn ddiweddarach.

Mae deuod parasitig rhwng y draen a'r ffynhonnell. Gelwir hyn yn gorff deuod. Mae'r deuod hwn yn bwysig iawn wrth yrru llwythi anwythol (fel moduron). Gyda llaw, dim ond mewn un MOSFET y mae'r deuod corff yn bodoli ac fel arfer ni chaiff ei ganfod y tu mewn i sglodion cylched integredig.

2. Nodweddion dargludiad MOSFET

Mae dargludo yn golygu gweithredu fel switsh, sy'n cyfateb i gau'r switsh.

Nodwedd NMOS yw y bydd yn troi ymlaen pan fydd Vgs yn fwy na gwerth penodol. Mae'n addas i'w ddefnyddio pan fydd y ffynhonnell wedi'i seilio (gyriant pen isel), cyn belled â bod foltedd y giât yn cyrraedd 4V neu 10V.

Nodweddion PMOS yw y bydd yn troi ymlaen pan fo Vgs yn llai na gwerth penodol, sy'n addas ar gyfer sefyllfaoedd lle mae'r ffynhonnell wedi'i chysylltu â VCC (gyriant pen uchel). Fodd bynnag, erPMOSgellir ei ddefnyddio'n hawdd fel gyrrwr pen uchel, mae NMOS yn cael ei ddefnyddio fel arfer mewn gyrwyr pen uchel oherwydd ymwrthedd mawr, pris uchel, ac ychydig o fathau newydd.

3. colli tiwb switsh MOS

P'un a yw'n NMOS neu PMOS, mae gwrth-wrthiant ar ôl iddo gael ei droi ymlaen, felly bydd y cerrynt yn defnyddio egni ar y gwrthiant hwn. Gelwir y rhan hon o'r ynni a ddefnyddir yn golled dargludiad. Bydd dewis MOSFET gydag ar-ymwrthedd bach yn lleihau colledion dargludiad. Yn gyffredinol, mae gwrth-wrthiant MOSFET pŵer isel heddiw tua degau o filiohms, ac mae yna sawl miliohm hefyd.

Pan fydd y MOSFET wedi'i droi ymlaen ac i ffwrdd, ni ddylid ei gwblhau ar unwaith. Mae gan y foltedd ar draws y MOS broses sy'n lleihau, ac mae gan y cerrynt sy'n llifo broses gynyddol. Yn ystod y cyfnod hwn, mae'rMOSFET'scolled yw cynnyrch foltedd a cherrynt, a elwir yn golled newid. Fel arfer mae colledion newid yn llawer mwy na cholledion dargludiad, a'r cyflymaf yw'r amlder newid, y mwyaf yw'r colledion.

Mae cynnyrch foltedd a cherrynt ar hyn o bryd y dargludiad yn fawr iawn, gan achosi colledion mawr. Gall byrhau'r amser newid leihau'r golled yn ystod pob dargludiad; gall lleihau'r amlder newid leihau nifer y switshis fesul uned amser. Gall y ddau ddull leihau colledion newid.

Y donffurf pan fydd y MOSFET yn cael ei droi ymlaen. Gellir gweld bod cynnyrch foltedd a cherrynt ar adeg y dargludiad yn fawr iawn, ac mae'r golled a achosir hefyd yn fawr iawn. Gall lleihau'r amser newid leihau'r golled yn ystod pob dargludiad; gall lleihau'r amlder newid leihau nifer y switshis fesul uned amser. Gall y ddau ddull leihau colledion newid.

4. gyrrwr MOSFET

O'i gymharu â transistorau deubegwn, credir yn gyffredinol nad oes angen cerrynt i droi MOSFET ymlaen, cyn belled â bod y foltedd GS yn uwch na gwerth penodol. Mae hyn yn hawdd i'w wneud, ond mae angen cyflymder arnom hefyd.

Gellir gweld yn strwythur y MOSFET bod cynhwysedd parasitig rhwng GS a GD, a gyrru'r MOSFET mewn gwirionedd yw gwefr a gollyngiad y cynhwysydd. Mae angen cerrynt ar gyfer codi tâl ar y cynhwysydd, oherwydd gellir ystyried y cynhwysydd fel cylched byr ar hyn o bryd codi tâl, felly bydd y cerrynt ar unwaith yn gymharol fawr. Y peth cyntaf i roi sylw iddo wrth ddewis / dylunio gyrrwr MOSFET yw faint o gerrynt cylched byr ar unwaith y gall ei ddarparu. yn

Yr ail beth i'w nodi yw bod NMOS, a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer gyrru pen uchel, angen i foltedd y giât fod yn fwy na'r foltedd ffynhonnell pan gaiff ei droi ymlaen. Pan fydd y MOSFET a yrrir gan ochr uchel yn cael ei droi ymlaen, mae'r foltedd ffynhonnell yr un fath â'r foltedd draen (VCC), felly mae foltedd y giât 4V neu 10V yn fwy na VCC ar hyn o bryd. Os ydych chi am gael foltedd sy'n fwy na VCC yn yr un system, mae angen cylched hwb arbennig arnoch chi. Mae gan lawer o yrwyr modur bympiau gwefr integredig. Dylid nodi y dylid dewis cynhwysydd allanol priodol i gael digon o gerrynt cylched byr i yrru'r MOSFET.

Y 4V neu 10V a grybwyllir uchod yw foltedd troi ymlaen MOSFETs a ddefnyddir yn gyffredin, ac wrth gwrs mae angen caniatáu ffin benodol yn ystod y dyluniad. A pho uchaf yw'r foltedd, y cyflymaf yw'r cyflymder dargludiad a'r lleiaf yw'r gwrthiant dargludiad. Nawr mae yna MOSFETs gyda folteddau dargludiad llai a ddefnyddir mewn gwahanol feysydd, ond mewn systemau electronig modurol 12V, yn gyffredinol mae dargludiad 4V yn ddigon.

Ar gyfer cylched gyrrwr MOSFET a'i golledion, cyfeiriwch at Gyrwyr MOSFET AN799 Microsglodyn sy'n Paru â MOSFETs. Mae'n fanwl iawn, felly ni fyddaf yn ysgrifennu mwy.

Mae cynnyrch foltedd a cherrynt ar hyn o bryd y dargludiad yn fawr iawn, gan achosi colledion mawr. Gall lleihau'r amser newid leihau'r golled yn ystod pob dargludiad; gall lleihau'r amlder newid leihau nifer y switshis fesul uned amser. Gall y ddau ddull leihau colledion newid.

Math o FET yw MOSFET (JFET yw'r llall). Gellir ei wneud yn fodd gwella neu fodd disbyddu, P-sianel neu N-sianel, cyfanswm o 4 math. Fodd bynnag, dim ond MOSFET sianel N-modd gwella a ddefnyddir mewn gwirionedd. a MOSFET sianel P-math gwella, felly mae NMOS neu PMOS fel arfer yn cyfeirio at y ddau fath hyn.

5. Cylchdaith cais MOSFET?

Nodwedd fwyaf arwyddocaol MOSFET yw ei nodweddion newid da, felly fe'i defnyddir yn eang mewn cylchedau sydd angen switshis electronig, megis newid cyflenwadau pŵer a gyriannau modur, yn ogystal â dimming goleuadau.

Mae gan yrwyr MOSFET heddiw nifer o ofynion arbennig:

1. cais foltedd isel

Wrth ddefnyddio cyflenwad pŵer 5V, os defnyddir strwythur polyn totem traddodiadol ar yr adeg hon, gan fod gan y transistor ostyngiad mewn foltedd o tua 0.7V, dim ond 4.3V yw'r foltedd terfynol gwirioneddol a roddir ar y giât. Ar yr adeg hon, rydym yn dewis y pŵer porth enwol

Mae risg benodol wrth ddefnyddio MOSFET 4.5V. Mae'r un broblem hefyd yn digwydd wrth ddefnyddio 3V neu gyflenwadau pŵer foltedd isel eraill.

2. Cais foltedd eang

Nid yw'r foltedd mewnbwn yn werth sefydlog, bydd yn newid gydag amser neu ffactorau eraill. Mae'r newid hwn yn achosi i'r foltedd gyrru a ddarperir gan y gylched PWM i'r MOSFET fod yn ansefydlog.

Er mwyn gwneud MOSFETs yn ddiogel o dan folteddau giât uchel, mae gan lawer o MOSFETs reoleiddwyr foltedd adeiledig i gyfyngu'n rymus ar osgled foltedd y giât. Yn yr achos hwn, pan fydd y foltedd gyrru a ddarperir yn fwy na foltedd y tiwb rheoleiddiwr foltedd, bydd yn achosi defnydd pŵer statig mawr.

Ar yr un pryd, os ydych chi'n defnyddio egwyddor rhaniad foltedd gwrthydd i leihau foltedd y giât, bydd y MOSFET yn gweithio'n dda pan fydd y foltedd mewnbwn yn gymharol uchel, ond pan fydd y foltedd mewnbwn yn cael ei leihau, bydd foltedd y giât yn annigonol, gan achosi dargludiad anghyflawn, a thrwy hynny gynyddu'r defnydd o bŵer.

3. cais foltedd deuol

Mewn rhai cylchedau rheoli, mae'r rhan resymeg yn defnyddio foltedd digidol 5V neu 3.3V nodweddiadol, tra bod y rhan pŵer yn defnyddio foltedd o 12V neu hyd yn oed yn uwch. Mae'r ddau foltedd wedi'u cysylltu â thir cyffredin.

Mae hyn yn codi gofyniad i ddefnyddio cylched fel y gall yr ochr foltedd isel reoli'r MOSFET ar yr ochr foltedd uchel yn effeithiol. Ar yr un pryd, bydd y MOSFET ar yr ochr foltedd uchel hefyd yn wynebu'r problemau a grybwyllir yn 1 a 2.

Yn y tri achos hyn, ni all y strwythur polyn totem fodloni'r gofynion allbwn, ac nid yw'n ymddangos bod llawer o IC gyrrwr MOSFET oddi ar y silff yn cynnwys strwythurau cyfyngu foltedd giât.

Felly cynlluniais gylched gymharol gyffredinol i ddiwallu'r tri angen hyn.

Cylched gyrrwr ar gyfer NMOS

Yma, dim ond dadansoddiad syml y byddaf yn ei wneud o gylched gyrrwr NMOS:

Vl a Vh yw'r cyflenwadau pŵer pen isel a diwedd uchel yn y drefn honno. Gall y ddau foltedd fod yr un peth, ond ni ddylai Vl fod yn fwy na Vh.

Mae Q1 a Q2 yn ffurfio polyn totem gwrthdro i gyflawni ynysu tra'n sicrhau nad yw'r ddau diwb gyrrwr Q3 a Q4 yn troi ymlaen ar yr un pryd.

Mae R2 a R3 yn darparu cyfeirnod foltedd PWM. Trwy newid y cyfeiriad hwn, gellir gweithredu'r gylched mewn sefyllfa lle mae tonffurf y signal PWM yn gymharol serth.

Defnyddir Q3 a Q4 i ddarparu cerrynt gyriant. Pan gânt eu troi ymlaen, dim ond gostyngiad foltedd gofynnol o Vce o'i gymharu â Vh a GND sydd gan Q3 a Q4. Dim ond tua 0.3V yw'r gostyngiad foltedd hwn fel arfer, sy'n llawer is na'r Vce o 0.7V.

Mae R5 ac R6 yn wrthyddion adborth, a ddefnyddir i samplu foltedd y giât. Mae'r foltedd a samplwyd yn cynhyrchu adborth negyddol cryf i waelod Q1 a Q2 trwy Q5, gan gyfyngu'r foltedd adwy i werth cyfyngedig. Gellir addasu'r gwerth hwn trwy R5 a R6.

Yn olaf, mae R1 yn darparu'r terfyn cerrynt sylfaenol ar gyfer Ch3 a Ch4, ac mae R4 yn darparu'r terfyn cerrynt adwy ar gyfer y MOSFET, sef terfyn yr Iâ o Q3 a Q4. Os oes angen, gellir cysylltu cynhwysydd cyflymiad yn gyfochrog ag R4.

Mae'r gylched hon yn darparu'r nodweddion canlynol:

1. Defnyddiwch foltedd ochr isel a PWM i yrru'r MOSFET ochr uchel.

2. Defnyddiwch signal PWM amplitude bach i yrru MOSFET gyda gofynion foltedd giât uchel.

3. Terfyn uchaf foltedd giât

4. Cyfyngiadau cerrynt mewnbwn ac allbwn

5. Trwy ddefnyddio gwrthyddion priodol, gellir cyflawni defnydd pŵer isel iawn.

6. Mae'r signal PWM yn gwrthdro. Nid oes angen y nodwedd hon ar NMOS a gellir ei datrys trwy osod gwrthdröydd o'i flaen.

Wrth ddylunio dyfeisiau cludadwy a chynhyrchion diwifr, mae gwella perfformiad cynnyrch ac ymestyn bywyd batri yn ddau fater y mae angen i ddylunwyr eu hwynebu. Mae gan drawsnewidwyr DC-DC fanteision effeithlonrwydd uchel, cerrynt allbwn mawr, a cherrynt tawel isel, gan eu gwneud yn addas iawn ar gyfer pweru dyfeisiau cludadwy. Ar hyn o bryd, y prif dueddiadau yn natblygiad technoleg dylunio trawsnewidydd DC-DC yw: (1) Technoleg amledd uchel: Wrth i'r amlder newid gynyddu, mae maint y trawsnewidydd newid hefyd yn cael ei leihau, mae'r dwysedd pŵer hefyd yn cynyddu'n fawr, ac mae'r ymateb deinamig yn cael ei wella. . Bydd amlder newid trawsnewidyddion DC-DC pŵer isel yn codi i lefel megahertz. (2) Technoleg foltedd allbwn isel: Gyda datblygiad parhaus technoleg gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, mae foltedd gweithredu microbroseswyr a dyfeisiau electronig cludadwy yn mynd yn is ac yn is, sy'n gofyn am drawsnewidwyr DC-DC yn y dyfodol i ddarparu foltedd allbwn isel i addasu i ficrobroseswyr. gofynion ar gyfer proseswyr a dyfeisiau electronig cludadwy.

Mae datblygiad y technolegau hyn wedi cyflwyno gofynion uwch ar gyfer dylunio cylchedau sglodion pŵer. Yn gyntaf oll, wrth i'r amlder newid barhau i gynyddu, gosodir gofynion uchel ar berfformiad elfennau newid. Ar yr un pryd, rhaid darparu cylchedau gyriant elfen newid cyfatebol i sicrhau bod yr elfennau newid yn gweithio fel arfer ar amleddau newid hyd at MHz. Yn ail, ar gyfer dyfeisiau electronig cludadwy sy'n cael eu pweru gan fatri, mae foltedd gweithio'r gylched yn isel (gan gymryd batris lithiwm fel enghraifft, y foltedd gweithio yw 2.5 ~ 3.6V), felly, mae foltedd gweithio'r sglodion pŵer yn isel.

Mae gan MOSFET wrthiant isel iawn ac mae'n defnyddio ynni isel. Defnyddir MOSFET yn aml fel switsh pŵer mewn sglodion DC-DC effeithlonrwydd uchel poblogaidd ar hyn o bryd. Fodd bynnag, oherwydd cynhwysedd parasitig mawr MOSFET, mae cynhwysedd giât tiwbiau newid NMOS yn gyffredinol mor uchel â degau o picofarads. Mae hyn yn cyflwyno gofynion uwch ar gyfer dylunio cylched gyriant tiwb newid trawsnewidydd DC-DC amledd gweithredu uchel.

Mewn dyluniadau ULSI foltedd isel, mae amrywiaeth o gylchedau rhesymeg CMOS a BiCMOS gan ddefnyddio strwythurau hwb bootstrap a chylchedau gyrru fel llwythi capacitive mawr. Gall y cylchedau hyn weithredu fel arfer gyda foltedd cyflenwad pŵer yn is na 1V, a gallant weithredu ar amlder degau o megahertz neu hyd yn oed cannoedd o megahertz gyda chynhwysedd llwyth o 1 i 2pF. Mae'r erthygl hon yn defnyddio cylched hwb bootstrap i ddylunio cylched gyrru gyda gallu gyrru cynhwysedd llwyth mawr sy'n addas ar gyfer trawsnewidyddion DC-DC hwb foltedd isel, amlder newid uchel. Mae'r gylched wedi'i dylunio yn seiliedig ar broses BiCMOS Samsung AHP615 a'i gwirio gan efelychiad Hspice. Pan fo'r foltedd cyflenwad yn 1.5V a'r cynhwysedd llwyth yn 60pF, gall yr amlder gweithredu gyrraedd mwy na 5MHz.

Nodweddion newid MOSFET

1. Nodweddion statig

Fel elfen newid, mae MOSFET hefyd yn gweithio mewn dau gyflwr: i ffwrdd neu ymlaen. Gan fod MOSFET yn gydran a reolir gan foltedd, mae ei gyflwr gweithio yn cael ei bennu'n bennaf gan y foltedd porth-ffynhonnell uGS.

Mae'r nodweddion gweithio fel a ganlyn:

※ uGS＜ foltedd troi ymlaen UT: Mae MOSFET yn gweithio yn yr ardal dorri i ffwrdd, mae'r iDS ffynhonnell draen yn y bôn yn 0, y foltedd allbwn uDS≈ UDD, ac mae'r MOSFET yn y cyflwr "diffodd".

※ uGS> Foltedd troi ymlaen UT: Mae MOSFET yn gweithio yn y rhanbarth dargludiad, cerrynt ffynhonnell draen iDS=UDD/(RD+rDS). Yn eu plith, rDS yw'r gwrthiant ffynhonnell draen pan fydd y MOSFET yn cael ei droi ymlaen. Y foltedd allbwn UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), os yw rDS＜＜RD, uDS≈0V, mae'r MOSFET yn y cyflwr "ymlaen".

2. Nodweddion deinamig

Mae gan MOSFET hefyd broses drosglwyddo wrth newid rhwng taleithiau ymlaen ac i ffwrdd, ond mae ei nodweddion deinamig yn dibynnu'n bennaf ar yr amser sydd ei angen i wefru a gollwng y cynhwysedd crwydr sy'n gysylltiedig â'r gylched, a'r cronni a'r gollyngiad gwefr pan fydd y tiwb ei hun ymlaen ac i ffwrdd. Mae'r amser gwasgaru yn fach iawn.

Pan fydd y foltedd mewnbwn ui yn newid o uchel i isel a'r MOSFET yn newid o'r cyflwr ymlaen i'r cyflwr oddi ar, mae'r cyflenwad pŵer UDD yn gwefru'r cynhwysedd crwydr CL trwy RD, a'r amser codi tâl cyson τ1 = RDCL. Felly, mae angen i'r foltedd allbwn uo fynd trwy oedi penodol cyn newid o lefel isel i lefel uchel; pan fydd y foltedd mewnbwn ui yn newid o isel i uchel a'r MOSFET yn newid o'r cyflwr i ffwrdd i'r cyflwr ymlaen, mae'r tâl ar y cynhwysedd crwydr CL yn mynd trwy rDS Rhyddhau yn digwydd gydag amser rhyddhau cyson τ2≈rDSCL. Gellir gweld bod y foltedd allbwn Uo hefyd angen oedi penodol cyn y gall drosglwyddo i lefel isel. Ond oherwydd bod rDS yn llawer llai nag RD, mae'r amser trosi o doriad i ddargludiad yn fyrrach na'r amser trosi o ddargludiad i doriad.

Gan fod gwrthiant ffynhonnell draen rDS y MOSFET pan gaiff ei droi ymlaen yn llawer mwy na gwrthiant dirlawnder rCES y transistor, ac mae'r gwrthiant draen allanol RD hefyd yn fwy na gwrthiant casglwr RC y transistor, yr amser codi tâl a rhyddhau o'r MOSFET yn hirach, gan wneud y MOSFET Mae'r cyflymder newid yn is na thransistor. Fodd bynnag, mewn cylchedau CMOS, gan fod y gylched codi tâl a'r gylched gollwng ill dau yn gylchedau gwrthiant isel, mae'r prosesau codi tâl a gollwng yn gymharol gyflym, gan arwain at gyflymder newid uchel ar gyfer cylched CMOS.