Circuito controlador MOSFET de paquete grande

En primer lugar, el tipo y estructura del MOSFET,MOSFETes un FET (otro es JFET), se puede fabricar en tipo mejorado o agotado, canal P o canal N, un total de cuatro tipos, pero la aplicación real solo es MOSFET de canal N mejorado y MOSFET de canal P mejorado, por lo que Generalmente denominado NMOS o PMOS se refiere a estos dos tipos. Para estos dos tipos de MOSFET mejorados, el más utilizado es NMOS, la razón es que la resistencia es pequeña y fácil de fabricar. Por lo tanto, NMOS se utiliza generalmente en aplicaciones de accionamiento de motores y fuentes de alimentación conmutadas.

En la siguiente introducción, la mayoría de los casos están dominados por NMOS. Existe capacitancia parásita entre los tres pines del MOSFET, una característica que no es necesaria pero que surge debido a limitaciones del proceso de fabricación. La presencia de capacitancia parásita hace que sea un poco complicado diseñar o seleccionar un circuito controlador. 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 MOSFET individuales y normalmente no está presente dentro de un chip IC.

MOSFETLa pérdida del tubo de conmutación, ya sea NMOS o PMOS, después de que existe la conducción de la resistencia de encendido, de modo que la corriente consumirá energía en esta resistencia, esta parte de la energía consumida se llama pérdida de conducción. La selección de MOSFET con baja resistencia reducirá la pérdida de resistencia. Hoy en día, la resistencia de encendido de los MOSFET de baja potencia es generalmente de alrededor de decenas de miliohmios, y también hay algunos miliohmios disponibles. Los MOSFET no deben completarse en un instante cuando están encendidos y apagados. Existe un proceso de disminución del voltaje en los dos extremos del MOSFET, y hay un proceso de aumento de la corriente que fluye a través de él. Durante este período de tiempo, la pérdida de los MOSFET es el producto del voltaje y la corriente, lo que se llama 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 reducen las pérdidas por conmutación.

En comparación con los transistores bipolares, generalmente se cree que no se requiere corriente para realizar unaMOSFETconducir, siempre y cuando el voltaje GS esté por encima de un cierto valor. Esto es fácil de hacer, sin embargo, también necesitamos velocidad. Como puede ver en la estructura del MOSFET, existe una capacitancia parásita entre GS, GD y la activación del MOSFET es, en efecto, 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 MOSFET de unidad de gama alta tiene el mismo voltaje de fuente y voltaje de drenaje (VCC), por lo que el voltaje de compuerta es de 4 V o 10 V VCC. Si estamos en el mismo sistema, para obtener un voltaje mayor que el VCC, debemos especializarnos en el circuito 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. 4V o 10V es el voltaje MOSFET comúnmente utilizado; el diseño, por supuesto, 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. Ahora también se utilizan MOSFET de voltaje en estado encendido más pequeños en diferentes campos, pero en el sistema electrónico automotriz de 12 V, generalmente 4 V en estado encendido es suficiente. La característica más notable de los MOSFET son las características de conmutación del bien, por lo que se usa ampliamente en el Necesidad de circuitos de conmutación electrónicos, como fuente de alimentación conmutada y accionamiento de motor, pero también regulación de iluminación. Conducir significa actuar como un interruptor, lo que equivale a un cierre de interruptor. Con las características NMOS, se conducirán Vgs superiores a un cierto valor, adecuado para su uso en el caso de que la fuente esté conectada a tierra (unidad de gama baja), siempre que la puerta voltaje de 4V o 10V. Características PMOS, se conducirán Vgs inferiores a un cierto valor, adecuado para su uso en el caso de que la fuente esté conectada al 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.

Ahora, el MOSFET impulsa aplicaciones de bajo voltaje, cuando se usa una fuente de alimentación de 5 V, esta vez si usa la estructura de tótem tradicional, debido a que el transistor tendrá una caída de voltaje de aproximadamente 0,7 V, lo que resulta en el final real agregado a la puerta en el El voltaje es de solo 4,3 V. En este momento, elegimos el voltaje de puerta nominal de 4,5 V del MOSFET debido a la existencia de ciertos riesgos. El mismo problema ocurre en el uso de 3V u otras ocasiones de suministro de energía de bajo voltaje. El voltaje dual se usa en algunos circuitos de control donde la sección lógica usa un voltaje digital típico de 5 V o 3,3 V y la sección de potencia usa 12 V o incluso más. Los dos voltajes están conectados mediante una tierra común. Esto exige el uso de un circuito que permita que el lado de bajo voltaje controle efectivamente el MOSFET en el lado de alto voltaje, mientras que el MOSFET en el lado de alto voltaje enfrentará los mismos problemas mencionados en 1 y 2. En los tres casos, el La estructura del tótem no puede cumplir con los requisitos de salida, y muchos circuitos integrados de controladores MOSFET disponibles en el mercado no parecen incluir una estructura limitadora de voltaje de compuerta. El voltaje de entrada no es un valor fijo, varía con el tiempo u otros factores. Esta variación hace que el voltaje de accionamiento proporcionado al MOSFET por el circuito PWM sea inestable. Para que el MOSFET esté a salvo de altos voltajes de puerta, muchos MOSFET tienen reguladores de voltaje incorporados para limitar enérgicamente la amplitud del voltaje de puerta.

En este caso, cuando el voltaje del variador proporcionado excede el voltaje del regulador, causará un gran consumo de energía estática. Al mismo tiempo, si simplemente usa el principio del divisor de voltaje de resistencia para reducir el voltaje de la puerta, habrá un voltaje relativamente alto. Alto voltaje de entrada, el MOSFET funciona bien, mientras que el voltaje de entrada se reduce cuando el voltaje de la puerta es insuficiente para causar una conducción insuficientemente completa, aumentando así el consumo de energía.

Circuito relativamente común aquí solo para el circuito controlador NMOS para hacer un análisis simple: Vl y Vh son las fuentes de alimentación de gama baja y alta, respectivamente, los dos voltajes pueden ser iguales, pero Vl no debe exceder Vh. Q1 y Q2 forman un tótem invertido, que se utiliza para lograr el aislamiento y, al mismo tiempo, para garantizar que los dos tubos conductores Q3 y Q4 no estén encendidos al mismo tiempo. R2 y R3 proporcionan la referencia de voltaje PWM y, al cambiar esta referencia, puede hacer que el circuito funcione bien y que el voltaje de la puerta no sea suficiente para provocar una conducción completa, lo que aumenta el consumo de energía. R2 y R3 proporcionan la referencia de voltaje PWM; al cambiar esta referencia, puede dejar que el circuito funcione en la forma de onda de la señal PWM en una posición relativamente pronunciada y recta. Q3 y Q4 se utilizan para proporcionar la corriente del variador, debido al tiempo de encendido, Q3 y Q4 en relación con Vh y GND son solo un mínimo de una caída de voltaje Vce, esta caída de voltaje generalmente es de solo 0,3 V aproximadamente, mucho menor. de 0,7 V Vce R5 y R6 son resistencias de retroalimentación para el muestreo de voltaje de la puerta. Después de muestrear el voltaje, el voltaje de la puerta se usa como resistencia de retroalimentación para el voltaje de la puerta y el voltaje de la muestra se usa para la puerta. Voltaje. R5 y R6 son resistencias de retroalimentación que se utilizan para muestrear el voltaje de la compuerta, que luego pasa a través de Q5 para crear una fuerte retroalimentación negativa en las bases de Q1 y Q2, limitando así el voltaje de la compuerta a un valor finito. Este valor puede ajustarse mediante R5 y R6. Finalmente, R1 proporciona la limitación de la corriente de base a Q3 y Q4, y R4 proporciona la limitación de la corriente de puerta a los MOSFET, que es la limitación del Ice de Q3Q4. Si es necesario, se puede conectar un condensador de aceleración en paralelo por encima de R4.                                         

Al diseñar dispositivos portátiles y productos inalámbricos, mejorar el rendimiento del producto y ampliar el tiempo de funcionamiento de la batería son dos cuestiones que los diseñadores deben afrontar. Los convertidores CC-CC tienen las ventajas de alta eficiencia, alta corriente de salida y baja corriente de reposo, que son muy adecuados para alimentar dispositivos portátiles. dispositivos.

Los convertidores CC-CC tienen las ventajas de alta eficiencia, alta corriente de salida y baja corriente de reposo, que son muy adecuados para alimentar dispositivos portátiles. Actualmente, las principales tendencias en el desarrollo de la tecnología de diseño de convertidores DC-DC incluyen: tecnología de alta frecuencia: con el aumento de la frecuencia de conmutación, el tamaño del convertidor de conmutación también se reduce, la densidad de potencia se ha incrementado significativamente y la dinámica Se ha mejorado la respuesta. Pequeño

La frecuencia de conmutación del convertidor DC-DC de potencia aumentará al nivel de megahercios. Tecnología de bajo voltaje de salida: con el desarrollo continuo de la tecnología de fabricación de semiconductores, el voltaje de funcionamiento de los microprocesadores y equipos electrónicos portátiles es cada vez más bajo, lo que requiere que el futuro convertidor CC-CC pueda proporcionar un voltaje de salida bajo para adaptarse al microprocesador y al equipo electrónico portátil, lo que Requiere un futuro convertidor DC-DC que pueda proporcionar un voltaje de salida bajo para adaptarse al microprocesador.

Suficiente para proporcionar un voltaje de salida bajo para adaptarse a microprocesadores y equipos electrónicos portátiles. Estos desarrollos tecnológicos plantean requisitos más elevados para el diseño de circuitos de chips de suministro de energía. En primer lugar, con el aumento de la frecuencia de conmutación, se mejora el rendimiento de los componentes de conmutación.

Altos requisitos para el rendimiento del elemento de conmutación, y debe tener el circuito de accionamiento del elemento de conmutación correspondiente para garantizar que la frecuencia de conmutación del elemento de conmutación alcance el nivel de megahercios de funcionamiento normal. En segundo lugar, en el caso de los dispositivos electrónicos portátiles que funcionan con baterías, la tensión de funcionamiento del circuito es baja (en el caso de las baterías de litio, por ejemplo).

Las baterías de litio, por ejemplo, el voltaje de funcionamiento de 2,5 ~ 3,6 V), por lo que el chip de fuente de alimentación para el voltaje más bajo.

MOSFET tiene una resistencia de encendido muy baja y un bajo consumo de energía; en el popular chip DC-DC de alta eficiencia actual, hay más MOSFET como interruptor de encendido. Sin embargo, debido a la gran capacitancia parásita de los MOSFET. Esto impone requisitos más altos en el diseño de circuitos de controlador de tubo de conmutación para diseñar convertidores CC-CC de alta frecuencia operativa. Hay varios circuitos lógicos CMOS y BiCMOS que utilizan una estructura de refuerzo de arranque y circuitos de controlador como grandes cargas capacitivas en un diseño ULSI de bajo voltaje. Estos circuitos pueden funcionar correctamente en condiciones de suministro de voltaje de menos de 1 V y pueden funcionar en condiciones de capacitancia de carga de 1 ~ 2 pF. La frecuencia puede alcanzar decenas de megabits o incluso cientos de megahercios. En este artículo, el circuito de refuerzo de arranque se utiliza para diseñar una capacidad de accionamiento de capacitancia de carga grande, adecuada para un circuito de accionamiento de convertidor CC-CC de aumento de frecuencia de conmutación alta y bajo voltaje. Voltaje de gama baja y PWM para controlar MOSFET de gama alta. Señal PWM de pequeña amplitud para controlar los requisitos de alto voltaje de puerta de los MOSFET.