Cómo funcionan los MOSFET de paquete mejorado

Al diseñar una fuente de alimentación conmutada o un circuito de accionamiento de motor utilizando MOSFET encapsulados, la mayoría de las personas consideran la resistencia del MOS, el voltaje máximo, etc., la corriente máxima, etc., y hay muchos que consideran solo estos factores. Estos circuitos pueden funcionar, pero no son excelentes y no se permiten como diseños de productos formales.

El siguiente es un pequeño resumen de los conceptos básicos de MOSFET yMOSFETCircuitos de controladores, a los que remito de varias fuentes, no todas originales. Incluyendo la introducción de MOSFET, características, circuitos de accionamiento y aplicación. Los tipos de MOSFET de embalaje y MOSFET de unión son un FET (otro JFET), se pueden fabricar en tipo mejorado o agotado, canal P o canal N, un total de cuatro tipos, pero la aplicación real solo de MOSFET de canal N mejorado y P mejorado MOSFET de canal, por lo que generalmente se denomina NMOS, o PMOS se refiere a estos dos tipos.

En cuanto a por qué no utilizar MOSFET de tipo de agotamiento, no se recomienda llegar al fondo del asunto. Para estos dos tipos de MOSFET de mejora, NMOS se usa más comúnmente debido a su baja resistencia y facilidad de fabricación. Por lo tanto, las aplicaciones de conmutación de fuentes de alimentación y accionamiento de motores generalmente utilizan NMOS. la siguiente introducción, pero también másNMOS-basado.

Los MOSFET tienen capacitancia parásita entre los tres pines, lo cual no es necesario, pero se debe a limitaciones del proceso de fabricación. La existencia de capacitancia parásita en el diseño o selección del circuito de accionamiento puede ser un problema, pero no hay manera de evitarlo, y luego se describe en detalle. Como puede ver en el esquema del MOSFET, hay un diodo parásito entre el drenaje y la fuente.

Esto se llama diodo del cuerpo y es importante para controlar cargas inductivas como los motores. Por cierto, el diodo del cuerpo sólo está presente en individuos.MOSFETy generalmente no está presente dentro del chip del circuito integrado. Características de MOSFET ON Encendido significa actuar como un interruptor, lo que equivale a un cierre de interruptor.

Características NMOS, Vgs superiores a un cierto valor conducirán, adecuadas para su uso en el caso de que la fuente esté conectada a tierra (unidad de gama baja), siempre que el voltaje de la puerta sea de 4 V o 10 V. Características PMOS, se conducirán Vgs inferiores a un cierto valor, adecuadas para su uso en el caso de que la fuente esté conectada a VCC (unidad de gama alta). Sin embargo, aunque PMOS se puede usar fácilmente como controlador de gama alta, NMOS generalmente se usa en controladores de gama alta debido a su gran resistencia, su alto precio y pocos tipos de reemplazo.

La pérdida del tubo de conmutación MOSFET del embalaje, ya sea NMOS o PMOS, después de la conducción existe una resistencia, por lo que la corriente consumirá energía en esta resistencia, esta parte de la energía consumida se llama pérdida de conducción. Seleccionar un MOSFET con una pequeña resistencia reducirá la pérdida de conducción. Hoy en día, la resistencia de encendido de los MOSFET de pequeña potencia es generalmente de alrededor de decenas de miliohmios, y también hay algunos miliohmios disponibles. El MOS no debe completarse en un instante cuando conduce y se corta. El voltaje en ambos lados del MOS tiene un proceso de disminución, y la corriente que fluye a través de él tiene un proceso de aumento. Durante este tiempo, la pérdida del MOSFET es el producto del voltaje y la corriente, lo que se denomina pérdida de conmutación. Por lo general, la pérdida de conmutación es mucho mayor que la pérdida de conducción y cuanto más rápida sea la frecuencia de conmutación, mayor será la pérdida. El producto del voltaje y la corriente en el instante de conducción es muy grande, lo que genera grandes pérdidas.

Acortar el tiempo de conmutación reduce la pérdida en cada conducción; la reducción de la frecuencia de conmutación reduce el número de conmutaciones por unidad de tiempo. Ambos enfoques pueden reducir las pérdidas por conmutación. El producto del voltaje y la corriente en el instante de conducción es grande y la pérdida resultante también es grande. Acortar el tiempo de conmutación puede reducir la pérdida en cada conducción; Reducir la frecuencia de conmutación puede reducir el número de cambios por unidad de tiempo. Ambos enfoques pueden reducir las pérdidas por conmutación. Conducción En comparación con los transistores bipolares, generalmente se cree que no se requiere corriente para encender un MOSFET empaquetado, siempre que el voltaje GS esté por encima de cierto valor. Esto es fácil de hacer, sin embargo, también necesitamos velocidad. La estructura del MOSFET encapsulado se puede ver en presencia de capacitancia parásita entre GS, GD y la activación del MOSFET es, de hecho, la carga y descarga de la capacitancia. Cargar el capacitor requiere una corriente, porque cargar el capacitor instantáneamente puede verse como un cortocircuito, por lo que la corriente instantánea será mayor. Lo primero que hay que tener en cuenta al seleccionar/diseñar un controlador MOSFET es el tamaño de la corriente de cortocircuito instantánea que se puede proporcionar.

Lo segundo a tener en cuenta es que, generalmente utilizado en unidades NMOS de alta gama, el voltaje de la puerta en tiempo debe ser mayor que el voltaje de la fuente. El voltaje de la fuente de conducción MOSFET de alta gama y el voltaje de drenaje (VCC) son iguales, por lo que el voltaje de la compuerta es de 4 V o 10 V que el VCC. Si estamos en el mismo sistema, para obtener un voltaje mayor que el VCC, tenemos que especializarnos en circuitos de refuerzo. Muchos controladores de motor tienen bombas de carga integradas; es importante tener en cuenta que debe elegir la capacitancia externa adecuada para obtener suficiente corriente de cortocircuito para accionar el MOSFET. Comúnmente se usan 4V o 10V en el voltaje de estado encendido del MOSFET; por supuesto, el diseño debe tener un cierto margen. Cuanto mayor sea el voltaje, más rápida será la velocidad en estado encendido y menor será la resistencia en estado encendido. Hoy en día, se utilizan MOSFET con un voltaje de estado encendido más pequeño en diferentes campos, pero en los sistemas electrónicos automotrices de 12 V, generalmente un estado encendido de 4 V es suficiente. Circuito de accionamiento MOSFET y su pérdida.