Circuito de driver MOSFET de pacote grande

Em primeiro lugar, o tipo e estrutura do MOSFET,MOSFETé um FET (outro é JFET), pode ser fabricado em tipo aprimorado ou de esgotamento, canal P ou canal N, um total de quatro tipos, mas a aplicação real apenas de MOSFETs de canal N aprimorados e MOSFETs de canal P aprimorados, então geralmente referido como NMOS ou PMOS refere-se a esses dois tipos. Para esses dois tipos de MOSFETs aprimorados, o mais comumente usado é o NMOS, a razão é que a resistência é pequena e fácil de fabricar. Portanto, o NMOS é geralmente usado em aplicações de comutação de fontes de alimentação e acionamento de motores.

Na introdução a seguir, a maioria dos casos é dominada por NMOS. existe capacitância parasita entre os três pinos do MOSFET, um recurso que não é necessário, mas surge devido às limitações do processo de fabricação. A presença de capacitância parasita torna um pouco complicado projetar ou selecionar um circuito de driver. Existe um diodo parasita entre o dreno e a fonte. Isso é chamado de diodo corporal e é importante no acionamento de cargas indutivas, como motores. A propósito, o diodo corporal está presente apenas em MOSFETs individuais e geralmente não está presente dentro de um chip IC.

 

MOSFETcomutação de perda de tubo, seja NMOS ou PMOS, após existir a condução da resistência ligada, de modo que a corrente consumirá energia nesta resistência, esta parte da energia consumida é chamada de perda de condução. A seleção de MOSFETs com baixa resistência reduzirá a perda de resistência. Hoje em dia, a resistência dos MOSFETs de baixa potência é geralmente em torno de dezenas de miliohms, e alguns miliohms também estão disponíveis. Os MOSFETs não devem ser concluídos em um instante quando estão ligados e desligados. as duas extremidades do MOSFET, e há um processo de aumento da corrente que flui através dele. Durante esse período de tempo, a perda dos MOSFETs é o produto da tensão e da corrente, que é chamada de perda de comutação. Normalmente, a perda de comutação é muito maior que a perda de condução e, quanto mais rápida for a frequência de comutação, maior será a perda. O produto da tensão e da corrente no instante da condução é muito grande, resultando em grandes perdas. A redução do tempo de comutação reduz a perda em cada condução; reduzir a frequência de comutação reduz o número de comutadores por unidade de tempo. Ambas as abordagens reduzem as perdas de comutação.

Comparado aos transistores bipolares, acredita-se geralmente que nenhuma corrente é necessária para fazer umMOSFETconduta, desde que a tensão GS esteja acima de um determinado valor. Isso é fácil de fazer, mas também precisamos de velocidade. Como você pode ver na estrutura do MOSFET, existe uma capacitância parasita entre GS, GD, e o acionamento do MOSFET é, na verdade, a carga e a descarga da capacitância. Carregar o capacitor requer corrente, porque carregar o capacitor instantaneamente pode ser visto como um curto-circuito, então a corrente instantânea será maior. A primeira coisa a observar ao selecionar/projetar um driver MOSFET é o tamanho da corrente de curto-circuito instantânea que pode ser fornecida.

A segunda coisa a observar é que, geralmente usado em drives NMOS de última geração, a tensão da porta no tempo precisa ser maior que a tensão da fonte. Mosfet de unidade de última geração na tensão de fonte e tensão de dreno (VCC) iguais, então a tensão de porta é maior que VCC 4V ou 10V. se estivermos no mesmo sistema, para obter uma tensão maior que o VCC, precisamos nos especializar no circuito boost. Muitos drivers de motor possuem bombas de carga integradas; é importante observar que você deve escolher a capacitância externa apropriada para obter corrente de curto-circuito suficiente para acionar o MOSFET. 4V ou 10V é o MOSFET comumente usado em tensão, o design é claro, você precisa ter uma certa margem. Quanto maior a tensão, mais rápida será a velocidade no estado ligado e menor será a resistência no estado ligado. Agora também existem MOSFETs de tensão de estado ligado menores usados ​​​​em diferentes campos, mas no sistema eletrônico automotivo de 12 V, geralmente 4 V de estado ligado é suficiente. A característica mais notável do MOSFET são as características de comutação do bem, por isso é amplamente utilizado no necessidade de circuitos de comutação eletrônicos, como comutação de fonte de alimentação e acionamento do motor, mas também dimerização da iluminação. Conduzir significa atuar como uma chave, o que equivale a um fechamento de chave. Características NMOS, Vgs maior que um determinado valor irá conduzir, adequado para uso no caso em que a fonte está aterrada (drive low-end), desde que o portão tensão de 4V ou 10V.Características PMOS, Vgs menor que um determinado valor conduzirá, adequado para uso no caso em que a fonte esteja conectada ao VCC (drive high-end). No entanto, embora o PMOS possa ser facilmente usado como um driver de ponta, o NMOS é geralmente usado em drivers de ponta devido à grande resistência, ao alto preço e aos poucos tipos de substituição.

Agora o MOSFET aciona aplicações de baixa tensão, quando o uso de fonte de alimentação de 5V, desta vez se você usar a estrutura de totem tradicional, devido ao transistor ter queda de tensão de cerca de 0,7V, resultando no final real adicionado ao portão no a tensão é de apenas 4,3 V. Neste momento, escolhemos a tensão nominal da porta de 4,5 V do MOSFET devido à existência de certos riscos. O mesmo problema ocorre no uso de 3V ou outras ocasiões de fonte de alimentação de baixa tensão. A tensão dupla é usada em alguns circuitos de controle onde a seção lógica usa uma tensão digital típica de 5V ou 3,3V e a seção de potência usa 12V ou até mais. As duas tensões são conectadas usando um aterramento comum. Isso exige o uso de um circuito que permita que o lado de baixa tensão controle efetivamente o MOSFET no lado de alta tensão, enquanto o MOSFET no lado de alta tensão enfrentará os mesmos problemas mencionados em 1 e 2. Em todos os três casos, o a estrutura do totem não pode atender aos requisitos de saída, e muitos CIs de driver MOSFET disponíveis no mercado não parecem incluir uma estrutura de limitação de tensão de porta. A tensão de entrada não é um valor fixo, varia com o tempo ou outros fatores. Esta variação faz com que a tensão de acionamento fornecida ao MOSFET pelo circuito PWM seja instável. Para tornar o MOSFET protegido contra altas tensões de porta, muitos MOSFETs possuem reguladores de tensão integrados para limitar à força a amplitude da tensão de porta.

 

Neste caso, quando a tensão do inversor fornecida exceder a tensão do regulador, causará um grande consumo de energia estática. Ao mesmo tempo, se você simplesmente usar o princípio do divisor de tensão do resistor para reduzir a tensão da porta, haverá um relativamente alta tensão de entrada, o MOSFET funciona bem, enquanto a tensão de entrada é reduzida quando a tensão da porta é insuficiente para causar condução insuficientemente completa, aumentando assim o consumo de energia.

Circuito relativamente comum aqui apenas para o circuito driver NMOS fazer uma análise simples: Vl e Vh são a fonte de alimentação de gama baixa e alta, respectivamente, as duas tensões podem ser iguais, mas Vl não deve exceder Vh. Q1 e Q2 formam um totem invertido, usado para obter o isolamento e, ao mesmo tempo, para garantir que os dois tubos condutores Q3 e Q4 não estejam ligados ao mesmo tempo. R2 e R3 fornecem a referência de tensão PWM e, alterando essa referência, você pode fazer o circuito funcionar bem, e a tensão da porta não é suficiente para causar uma condução completa, aumentando assim o consumo de energia. R2 e R3 fornecem a referência de tensão PWM, alterando essa referência, você pode deixar o circuito funcionar na forma de onda do sinal PWM em uma posição relativamente íngreme e reta. Q3 e Q4 são usados ​​para fornecer a corrente do inversor, devido ao tempo de ativação, Q3 e Q4 em relação ao Vh e GND são apenas um mínimo de queda de tensão Vce, essa queda de tensão geralmente é de apenas 0,3 V ou mais, muito menor de 0,7 V Vce R5 e R6 são resistores de feedback para a amostragem de tensão da porta, após a amostragem da tensão, a tensão da porta é usada como um resistor de feedback para a tensão da porta, e a tensão da amostra é usada para a tensão da porta. R5 e R6 são resistores de feedback usados ​​para amostrar a tensão da porta, que é então passada através de Q5 para criar um forte feedback negativo nas bases de Q1 e Q2, limitando assim a tensão da porta a um valor finito. Este valor pode ser ajustado por R5 e R6. Finalmente, R1 fornece a limitação da corrente de base para Q3 e Q4, e R4 fornece a limitação da corrente de porta para os MOSFETs, que é a limitação do Ice de Q3Q4. Um capacitor de aceleração pode ser conectado em paralelo acima de R4, se necessário.                                         

Ao projetar dispositivos portáteis e produtos sem fio, melhorar o desempenho do produto e estender o tempo de operação da bateria são dois problemas que os designers precisam enfrentar. Os conversores DC-DC têm as vantagens de alta eficiência, alta corrente de saída e baixa corrente quiescente, que são muito adequados para alimentar dispositivos portáteis dispositivos.

Os conversores DC-DC têm as vantagens de alta eficiência, alta corrente de saída e baixa corrente quiescente, que são muito adequados para alimentar dispositivos portáteis. Atualmente, as principais tendências no desenvolvimento da tecnologia de projeto de conversores DC-DC incluem: tecnologia de alta frequência: com o aumento da frequência de comutação, o tamanho do conversor de comutação também é reduzido, a densidade de potência aumentou significativamente e a dinâmica a resposta foi melhorada. Pequeno

A frequência de comutação do conversor Power DC-DC aumentará para o nível de megahertz. Tecnologia de baixa tensão de saída: Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de fabricação de semicondutores, a tensão operacional de microprocessadores e equipamentos eletrônicos portáteis está ficando cada vez mais baixa, o que exige que o futuro conversor DC-DC possa fornecer baixa tensão de saída para se adaptar ao microprocessador e equipamentos eletrônicos portáteis, que requer futuro conversor DC-DC pode fornecer baixa tensão de saída para se adaptar ao microprocessador.

O suficiente para fornecer baixa tensão de saída para se adaptar a microprocessadores e equipamentos eletrônicos portáteis. Esses desenvolvimentos tecnológicos apresentam requisitos mais elevados para o projeto de circuitos de chips de fonte de alimentação. Em primeiro lugar, com o aumento da frequência de comutação, o desempenho dos componentes de comutação é apresentado

Altos requisitos para o desempenho do elemento de comutação, e deve ter o circuito de acionamento do elemento de comutação correspondente para garantir que o elemento de comutação na frequência de comutação até o nível de megahertz de operação normal. Em segundo lugar, para dispositivos eletrónicos portáteis alimentados por bateria, a tensão de funcionamento do circuito é baixa (no caso de baterias de lítio, por exemplo).

Baterias de lítio, por exemplo, a tensão operacional de 2,5 ~ 3,6 V), portanto, o chip de alimentação para a tensão mais baixa.

O MOSFET tem uma resistência muito baixa e baixo consumo de energia; no atual chip DC-DC de alta eficiência popular, mais MOSFET como um interruptor de alimentação. No entanto, devido à grande capacitância parasita dos MOSFETs. Isso impõe requisitos mais elevados ao projeto de circuitos de acionamento de tubo de comutação para projetar conversores CC-CC de alta frequência operacional. Existem vários circuitos lógicos CMOS e BiCMOS usando estrutura de reforço de bootstrap e circuitos de driver como grandes cargas capacitivas em design ULSI de baixa tensão. Esses circuitos são capazes de funcionar corretamente sob condições de alimentação de tensão inferior a 1V e podem funcionar sob condições de capacitância de carga de 1 ~ 2pF, a frequência pode atingir dezenas de megabits ou até centenas de megahertz. Neste artigo, o circuito de reforço de bootstrap é usado para projetar uma grande capacidade de acionamento de capacitância de carga, adequada para circuito de acionamento de conversor CC-CC de aumento de frequência de comutação de baixa tensão e alta. Tensão de baixo custo e PWM para acionar MOSFETs de ponta. sinal PWM de pequena amplitude para acionar requisitos de alta tensão de porta de MOSFETs.