Том багц MOSFET драйверын хэлхээ

Юуны өмнө, MOSFET төрөл, бүтэц,MOSFETнь FET (өөр нэг нь JFET), сайжруулсан эсвэл хомсдолтой, P-суваг эсвэл N-суваг нийт дөрвөн төрлийн хэлбэрээр үйлдвэрлэгдэх боломжтой, гэхдээ зөвхөн сайжруулсан N-суваг MOSFET болон сайжруулсан P-суваг MOSFET-ийн бодит хэрэглээ. Ихэвчлэн NMOS эсвэл PMOS гэж нэрлэдэг нь эдгээр хоёр төрлийг хэлдэг. Эдгээр хоёр төрлийн сайжруулсан MOSFET-ийн хувьд NMOS нь илүү түгээмэл хэрэглэгддэг бөгөөд үүний шалтгаан нь эсэргүүцэл багатай, үйлдвэрлэхэд хялбар байдаг. Тиймээс NMOS-ийг цахилгаан хангамж болон мотор хөтчийн хэрэглээний программуудад шилжихэд ихэвчлэн ашигладаг.

Дараах танилцуулгад ихэнх тохиолдлуудад NMOS давамгайлж байна. MOSFET-ийн гурван зүү хооронд шимэгчийн багтаамж байдаг бөгөөд энэ нь шаардлагагүй боловч үйлдвэрлэлийн процессын хязгаарлалтаас үүдэлтэй байдаг. Шимэгчийн багтаамж байгаа нь драйверын хэлхээг зохион бүтээх эсвэл сонгоход бага зэрэг төвөгтэй болгодог. Ус зайлуулах суваг болон эх үүсвэрийн хооронд шимэгч диод байдаг. Үүнийг биеийн диод гэж нэрлэдэг бөгөөд мотор гэх мэт индуктив ачааллыг жолоодоход чухал ач холбогдолтой. Дашрамд хэлэхэд, биеийн диод нь зөвхөн бие даасан MOSFET-д байдаг бөгөөд ихэвчлэн IC чип дотор байдаггүй.

MOSFETсэлгэн залгах хоолойн алдагдал, NMOS эсвэл PMOS эсэхээс үл хамааран асаалттай эсэргүүцэл дамжуулагдсаны дараа гүйдэл нь энэ эсэргүүцэлд энерги зарцуулдаг тул зарцуулсан энергийн энэ хэсгийг дамжуулалтын алдагдал гэж нэрлэдэг. Эсэргүүцэл багатай MOSFET-ийг сонгох нь эсэргүүцлийн алдагдлыг багасгах болно. Өнөө үед бага чадалтай MOSFET-ийн эсэргүүцэл нь ерөнхийдөө хэдэн арван миллиом байдаг бөгөөд цөөн хэдэн миллиом байдаг. MOSFET-уудыг асааж, унтраах үед шууд дуусгаж болохгүй. Хүчдэл буурах процесс байдаг. MOSFET-ийн хоёр төгсгөл ба түүгээр урсах гүйдлийг нэмэгдүүлэх үйл явц байдаг. Энэ хугацаанд MOSFET-ийн алдагдал сэлгэн залгах алдагдал гэж нэрлэгддэг хүчдэл ба гүйдлийн үржвэр. Ихэвчлэн шилжүүлгийн алдагдал нь дамжуулалтын алдагдлаас хамаагүй их байдаг бөгөөд шилжих давтамж хурдан байх тусам алдагдал их байдаг. Дамжуулах агшин дахь хүчдэл ба гүйдлийн үржвэр нь маш том бөгөөд энэ нь их хэмжээний алдагдалд хүргэдэг. Сэлгэн залгах хугацааг богиносгосноор дамжуулалт бүрт алдагдлыг бууруулдаг; сэлгэн залгах давтамжийг багасгах нь нэгж хугацаанд сэлгэлтийн тоог бууруулдаг. Эдгээр хоёр арга нь шилжүүлгийн алдагдлыг бууруулдаг.

Хоёр туйлт транзистортой харьцуулахад a-ыг хийхэд ямар ч гүйдэл шаардагдахгүй гэж ерөнхийд нь үздэгMOSFETGS хүчдэл нь тодорхой утгаас дээш байвал явуулах. Үүнийг хийхэд хялбар боловч бидэнд хурд хэрэгтэй. MOSFET-ийн бүтцээс харахад GS, GD-ийн хооронд шимэгчийн багтаамж байдаг бөгөөд MOSFET-ийн жолоодлого нь үнэндээ багтаамжийг цэнэглэх, цэнэглэх явдал юм. Конденсаторыг цэнэглэхэд гүйдэл шаардагдана, учир нь конденсаторыг шууд цэнэглэх нь богино холболт гэж үзэж болох тул агшин зуурын гүйдэл илүү их байх болно. MOSFET драйверийг сонгох/дизайн хийхдээ анхаарах ёстой хамгийн эхний зүйл бол богино залгааны гүйдлийн хэмжээ юм.

Анхаарах хоёрдахь зүйл бол ерөнхийдөө дээд зэрэглэлийн хөтөч NMOS-д ашиглагддаг бөгөөд цаг хугацааны хаалганы хүчдэл нь эх үүсвэрийн хүчдэлээс их байх ёстой. Өндөр чанартай хөтөч MOSFET нь эх үүсвэрийн хүчдэл ба ус зайлуулах хүчдэл (VCC) дээр ижил байдаг тул хаалганы хүчдэл VCC 4V эсвэл 10V-ээс илүү байна. Хэрэв ижил системд байгаа бол VCC-ээс их хүчдэл авахын тулд бид өргөлтийн хэлхээнд мэргэших хэрэгтэй. Олон моторт жолооч нар нэгдсэн цэнэглэгч насостой тул MOSFET-ийг жолоодох хангалттай богино залгааны гүйдлийг авахын тулд тохирох гадаад багтаамжийг сонгох хэрэгтэй гэдгийг анхаарах нь чухал юм. 4V эсвэл 10V нь хүчдэл дээр түгээмэл хэрэглэгддэг MOSFET бөгөөд дизайны хувьд мэдээжийн хэрэг та тодорхой маржинтай байх хэрэгтэй. Хүчдэл өндөр байх тусам төлөвийн хурд хурдан, төлөвийн эсэргүүцэл бага байх болно. Одоо мөн өөр өөр салбарт хэрэглэгдэж байгаа жижиг хэмжээний муж дахь хүчдэлийн MOSFET-үүд байдаг боловч 12V-ийн автомашины электроникийн системд ерөнхийдөө 4V-ийн төлөвт хангалттай байдаг.MOSFET-ийн хамгийн чухал шинж чанар нь сайныг солих шинж чанар юм, тиймээс үүнийг өргөн хэрэглэгддэг. цахилгаан сэлгэн залгах хэлхээний хэрэгцээ, тухайлбал цахилгаан тэжээлийн эх үүсвэр, моторын хөтөч, гэхдээ гэрэлтүүлгийг бүдгэрүүлэх. Дамжуулах гэдэг нь шилжүүлэгчийн хаалттай тэнцэх свичийн үүрэг гүйцэтгэдэг гэсэн үг юм. NMOS шинж чанар, тодорхой утгаас их Vgs дамжуулж, эх үүсвэр газардуулгатай үед ашиглахад тохиромжтой (бага төгсгөлийн хөтөч), хаалга нь урт. 4V эсвэл 10V.PMOS шинж чанар бүхий хүчдэл, Vgs тодорхой утгаас бага байх бөгөөд эх үүсвэр нь VCC (өндөр түвшний хөтөч) холбогдсон тохиолдолд ашиглахад тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч, PMOS-ийг өндөр түвшний драйвер болгон ашиглахад хялбар байдаг ч NMOS нь их хэмжээний эсэргүүцэл, өндөр үнэ, цөөн тооны солих төрлөөс шалтгаалан өндөр түвшний драйверуудад ашиглагддаг.

Одоо MOSFET нь бага хүчдэлийн програмуудыг 5V-ийн цахилгаан хангамжийг ашиглах үед, хэрэв та уламжлалт туйлын бүтцийг ашиглавал энэ удаад транзисторын улмаас ойролцоогоор 0.7V хүчдэлийн уналт гарах бөгөөд үүний үр дүнд хаалган дээр бодит төгсгөл нэмэгддэг. хүчдэл нь зөвхөн 4.3 V. Энэ үед бид тодорхой эрсдэл байгаа дээр MOSFET-ийн 4.5V-ийн нэрлэсэн хаалганы хүчдэлийг сонгоно. Үүнтэй ижил асуудал нь 3V эсвэл бусад бага хүчдэлийн цахилгаан хангамжийг ашиглахад тохиолддог. Хос хүчдэлийг зарим хяналтын хэлхээнд ашигладаг бөгөөд логик хэсэг нь ердийн 5V эсвэл 3.3V дижитал хүчдэл ашигладаг бол тэжээлийн хэсэг нь 12V ба түүнээс дээш хүчдэлийг ашигладаг. Хоёр хүчдэлийг нийтлэг газардуулга ашиглан холбодог. Энэ нь бага хүчдэлийн тал нь өндөр хүчдэлийн тал дээрх MOSFET-ийг үр дүнтэй удирдах боломжийг олгодог хэлхээг ашиглах шаардлагыг тавьдаг бол өндөр хүчдэлийн тал дахь MOSFET нь 1 ба 2-т дурдсан ижил асуудалтай тулгарах болно. Гурван тохиолдолд, Тотем туйлын бүтэц нь гаралтын шаардлагыг хангаж чадахгүй байгаа бөгөөд олон бэлэн MOSFET драйверын IC нь хаалганы хүчдэлийг хязгаарлах бүтцийг агуулаагүй бололтой. Оролтын хүчдэл нь тогтмол утга биш бөгөөд энэ нь цаг хугацаа эсвэл бусад хүчин зүйлээс хамаарч өөр өөр байдаг. Энэ өөрчлөлт нь PWM хэлхээний MOSFET-д өгсөн хөтөчийн хүчдэлийг тогтворгүй болгоход хүргэдэг. MOSFET-ийг хаалганы өндөр хүчдэлээс аюулгүй болгохын тулд олон MOSFET нь хаалганы хүчдэлийн далайцыг хүчээр хязгаарлахын тулд суурилуулсан хүчдэлийн зохицуулагчтай байдаг.

Энэ тохиолдолд өгөгдсөн хөтөчийн хүчдэл нь зохицуулагчийн хүчдэлээс хэтэрсэн тохиолдолд энэ нь их хэмжээний статик эрчим хүчний хэрэглээг бий болгоно Үүний зэрэгцээ, хэрэв та хаалганы хүчдэлийг бууруулахын тулд резистор хүчдэл хуваагч зарчмыг ашиглавал харьцангуй бага байх болно. өндөр оролтын хүчдэлтэй, MOSFET сайн ажилладаг бол хаалганы хүчдэл хангалтгүй байх үед оролтын хүчдэл буурч, бүрэн дамжуулалт хангалтгүй, улмаар цахилгаан зарцуулалтыг нэмэгдүүлдэг.

Энд харьцангуй нийтлэг хэлхээ нь зөвхөн NMOS драйверын хэлхээнд энгийн дүн шинжилгээ хийхэд зориулагдсан: Vl ба Vh нь бага ба дээд зэрэглэлийн тэжээлийн эх үүсвэр бөгөөд хоёр хүчдэл нь ижил байж болох ч Vl нь Vh-ээс хэтрэхгүй байх ёстой. Q1 ба Q2 нь урвуу тотемийн туйлыг бүрдүүлдэг бөгөөд үүнийг тусгаарлахад ашигладаг бөгөөд Q3 ба Q4 хоёр драйвер хоолой нь нэгэн зэрэг асахгүй байхыг баталгаажуулдаг. R2 ба R3 нь PWM хүчдэлийн лавлагааг өгдөг бөгөөд энэ лавлагааг өөрчилснөөр та хэлхээг сайн ажиллуулах боломжтой бөгөөд хаалганы хүчдэл нь нарийн дамжуулалт үүсгэхэд хангалтгүй тул цахилгаан зарцуулалтыг нэмэгдүүлнэ. R2 ба R3 нь PWM хүчдэлийн лавлагааг өгдөг бөгөөд энэ лавлагааг өөрчилснөөр та хэлхээг PWM дохионы долгионы хэлбэрт харьцангуй эгц, шулуун байрлалд ажиллуулах боломжтой. Q3 ба Q4 нь хөтчийн гүйдлийг хангахад ашиглагддаг, учир нь Vh ба GND-тай харьцуулахад Q3 ба Q4 нь хамгийн багадаа Vce хүчдэлийн уналт байдаг тул энэ хүчдэлийн уналт ихэвчлэн ердөө 0.3V буюу түүнээс хамаагүй бага байдаг. 0.7V-ээс илүү Vce R5 ба R6 нь хаалганы хүчдэлийн дээж авах санал хүсэлтийн резистор бөгөөд хүчдэлийг түүвэрлэсний дараа хаалганы хүчдэлийг хаалганы эргэх резистор болгон ашигладаг. хүчдэл, дээжийн хүчдэлийг хаалганы хүчдэлд ашигладаг. R5 ба R6 нь хаалганы хүчдэлийн дээжийг авахад ашигладаг санал хүсэлтийн резистор бөгөөд дараа нь Q5-аар дамжуулж Q1 ба Q2-ын суурь дээр хүчтэй сөрөг санал хүсэлтийг бий болгож, хаалганы хүчдэлийг хязгаарлагдмал утгаар хязгаарладаг. Энэ утгыг R5 ба R6-аар тохируулж болно. Эцэст нь, R1 нь үндсэн гүйдлийн хязгаарлалтыг Q3 ба Q4, R4 нь MOSFET-ийн гүйдлийн хязгаарлалтыг хангадаг бөгөөд энэ нь Q3Q4-ийн Ice-ийн хязгаарлалт юм. Шаардлагатай бол R4-ээс дээш хурдатгалын конденсаторыг зэрэгцээ холбож болно.                                         

Зөөврийн төхөөрөмж болон утасгүй бүтээгдэхүүнийг зохион бүтээхдээ бүтээгдэхүүний гүйцэтгэлийг сайжруулах, батерейны ажиллах хугацааг уртасгах нь дизайнеруудын тулгарах ёстой хоёр асуудал юм. DC-DC хувиргагч нь өндөр үр ашигтай, өндөр гаралтын гүйдэл, нам тайван гүйдлийн давуу талтай бөгөөд зөөврийн төхөөрөмжийг тэжээхэд маш тохиромжтой. төхөөрөмжүүд.

DC-DC хувиргагч нь өндөр үр ашигтай, өндөр гаралтын гүйдэл, нам тайван гүйдлийн давуу талтай бөгөөд зөөврийн төхөөрөмжийг тэжээхэд маш тохиромжтой. Одоогийн байдлаар DC-DC хувиргагчийг зохион бүтээх технологийн хөгжлийн гол чиг хандлагад дараахь зүйлс орно: өндөр давтамжийн технологи: сэлгэн залгах давтамж нэмэгдэхийн хэрээр шилжүүлэгч хөрвүүлэгчийн хэмжээ багасч, эрчим хүчний нягтрал мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, динамик хариу үйлдэл сайжирсан. Жижиг

Эрчим хүчний DC-DC хувиргагчийн шилжих давтамж нь мегагерц түвшинд хүрнэ. Бага гаралтын хүчдэлийн технологи: Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн технологийг тасралтгүй хөгжүүлснээр микропроцессор болон зөөврийн электрон төхөөрөмжийн ажиллах хүчдэл улам бүр буурч байгаа нь ирээдүйн DC-DC хувиргагч нь микропроцессор болон зөөврийн электрон төхөөрөмжид дасан зохицоход бага гаралтын хүчдэл өгөхийг шаарддаг. Ирээдүйд DC-DC хувиргагч нь микропроцессортой дасан зохицохын тулд бага гаралтын хүчдэл өгөх боломжтой.

Микропроцессор болон зөөврийн электрон төхөөрөмжид дасан зохицохын тулд бага гаралтын хүчдэлийг хангахад хангалттай. Эдгээр технологийн хөгжил нь цахилгаан хангамжийн чипийн хэлхээний дизайнд илүү өндөр шаардлага тавьдаг. Юуны өмнө шилжих давтамж нэмэгдэхийн хэрээр сэлгэн залгах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гүйцэтгэл гарч ирдэг

Сэлгэн залгах элементийн гүйцэтгэлд тавигдах өндөр шаардлага, хэвийн үйл ажиллагааны мегагерц хүртэл сэлгэн залгах давтамжийг хангахын тулд харгалзах шилжүүлэгч элементийн хөтчийн хэлхээтэй байх ёстой. Хоёрдугаарт, батерейгаар ажилладаг зөөврийн электрон төхөөрөмжүүдийн хувьд хэлхээний ажиллах хүчдэл бага байдаг (жишээлбэл, лити батерейны хувьд).

Лити батерейнууд, жишээлбэл, 2.5 ~ 3.6V-ийн ажиллах хүчдэл), тиймээс бага хүчдэлийн тэжээлийн чип.

MOSFET нь маш бага эсэргүүцэлтэй, эрчим хүч бага зарцуулдаг бөгөөд одоогийн алдартай өндөр үр ашигтай DC-DC чипээс илүү MOSFET-ийг цахилгаан унтраалга болгон ашигладаг. Гэсэн хэдий ч MOSFET-ийн их хэмжээний шимэгчийн багтаамжтай холбоотой. Энэ нь өндөр давтамжийн тогтмол гүйдлийн тогтмол гүйдлийн хувиргагчийг зохион бүтээхэд зориулсан шилжүүлэгч хоолойн драйверын хэлхээний дизайнд илүү өндөр шаардлага тавьдаг. Бага хүчдэлийн ULSI загварт том багтаамжтай ачааллыг ачаалах систем болон драйверын хэлхээг ашигладаг төрөл бүрийн CMOS, BiCMOS логик хэлхээнүүд байдаг. Эдгээр хэлхээ нь 1V-ээс бага хүчдэлийн хангамжийн нөхцөлд зөв ажиллах чадвартай бөгөөд ачааллын багтаамж 1 ~ 2pF давтамжтайгаар хэдэн арван мегабит, бүр хэдэн зуун мегагерц хүртэл ажиллах боломжтой. Энэхүү баримт бичигт ачаалах хэлхээг нэмэгдүүлэх хэлхээг бага хүчдэлтэй, өндөр сэлгэн залгах давтамжийг нэмэгдүүлэх DC-DC хөрвүүлэгчийн хөтчийн хэлхээнд тохирох том ачааллын багтаамжтай хөтчийн чадавхийг зохион бүтээхэд ашигласан болно. Дээд зэрэглэлийн MOSFET-ийг жолоодох бага хүчдэл ба PWM. MOSFET-ийн өндөр хүчдэлийн шаардлагыг хангах жижиг далайцтай PWM дохио.