Gelişmiş Paket MOSFET'ler Nasıl Çalışır?

Kapsüllenmiş MOSFET'ler kullanarak bir anahtarlamalı güç kaynağı veya motor sürücü devresi tasarlarken çoğu kişi MOS'un açık direncini, maksimum voltajı vb., maksimum akımı vb. dikkate alır ve yalnızca bu faktörleri dikkate alan birçok kişi vardır. Bu tür devreler işe yarayabilir ancak mükemmel değildirler ve resmi ürün tasarımları olarak kullanılmasına izin verilmez.

Aşağıda MOSFET'in temellerinin küçük bir özeti bulunmaktadır veMOSFETBir dizi kaynaktan bahsettiğim sürücü devrelerinin hepsi orijinal değil. MOSFET'lerin tanıtımı, özellikleri, sürücü ve uygulama devreleri dahil. Paketleme MOSFET tipleri ve bağlantı MOSFET bir FET'tir (başka bir JFET), geliştirilmiş veya tükenme tipi, P-kanalı veya N-kanalı olmak üzere toplam dört tipte üretilebilir, ancak gerçek uygulama yalnızca geliştirilmiş N-kanallı MOSFET ve geliştirilmiş P'dir. -kanallı MOSFET, genellikle NMOS olarak anılır veya PMOS, bu iki türü ifade eder.

Neden tükenme tipi MOSFET'lerin kullanılmadığına gelince, bunun dibine inilmesi önerilmez. Bu iki tip iyileştirme MOSFET'i için, düşük direnci ve üretim kolaylığı nedeniyle NMOS daha yaygın olarak kullanılır. Bu nedenle güç kaynağı ve motor sürücü uygulamalarının değiştirilmesi genellikle NMOS'u kullanır. aşağıdaki giriş, aynı zamanda daha fazlasıNMOS-temelli.

MOSFET'lerin üç pin arasında parazitik kapasitansı vardır; bu gerekli değildir, ancak üretim süreci sınırlamaları nedeniyle. Sürücü devresinin tasarımında veya seçiminde parazitik kapasitansın varlığı bazı sorun teşkil edebilir, ancak bundan kaçınmanın bir yolu yoktur ve daha sonra ayrıntılı olarak anlatılacaktır. MOSFET şemasında görebileceğiniz gibi, drenaj ve kaynak arasında parazitik bir diyot bulunmaktadır.

Buna vücut diyotu denir ve motorlar gibi endüktif yüklerin çalıştırılmasında önemlidir. Bu arada, vücut diyotu yalnızca bireysel olarak mevcutMOSFET'lerve genellikle entegre devre çipinin içinde mevcut değildir. MOSFET ON CharacteristicsOn, bir anahtar kapatmaya eşdeğer bir anahtar görevi görmek anlamına gelir.

NMOS özellikleri, belirli bir değerden büyük Vgs, kapı voltajı 4V veya 10V olduğu sürece kaynağın topraklanması (düşük uçlu sürücü) durumunda kullanıma uygun olacaktır. PMOS özellikleri, belirli bir değerden daha düşük Vgs iletecektir, kaynağın VCC'ye (ileri teknoloji sürücü) bağlı olması durumunda kullanıma uygundur. Bununla birlikte, PMOS üst düzey bir sürücü olarak kolaylıkla kullanılabilse de NMOS, büyük direnç, yüksek fiyat ve az sayıda değiştirme türü nedeniyle genellikle üst düzey sürücülerde kullanılır.

Paketleme MOSFET anahtarlama tüpü kaybı, ister NMOS ister PMOS olsun, iletimden sonra açık direnç oluşur, dolayısıyla akım bu dirençte enerji tüketir, tüketilen enerjinin bu kısmına iletim kaybı denir. Açma direnci küçük olan bir MOSFET'in seçilmesi iletim kaybını azaltacaktır. Günümüzde küçük güçlü MOSFET'lerin açma direnci genellikle onlarca miliohm civarındadır ve birkaç miliohm da mevcuttur. MOS ilettiğinde ve kesildiğinde bir anda tamamlanmamalıdır. MOS'un her iki tarafındaki voltaj da bir Bu süre zarfında MOSFET'in kaybı, anahtarlama kaybı olarak adlandırılan gerilim ve akımın çarpımıdır. Genellikle anahtarlama kaybı iletim kaybından çok daha büyüktür ve anahtarlama frekansı ne kadar hızlı olursa kayıp da o kadar büyük olur. İletim anında gerilim ve akımın çarpımı çok büyüktür ve bu da büyük kayıplara neden olur.

Anahtarlama süresinin kısaltılması her iletimdeki kaybı azaltır; Anahtarlama frekansının azaltılması birim zamandaki anahtarlama sayısını azaltır. Bu yaklaşımların her ikisi de anahtarlama kayıplarını azaltabilir. İletim anında gerilim ve akımın çarpımı büyüktür ve sonuçta ortaya çıkan kayıp da büyüktür. Anahtarlama süresinin kısaltılması her iletimdeki kaybı azaltabilir; Anahtarlama frekansının azaltılması birim zamandaki anahtarlama sayısını azaltabilir. Bu yaklaşımların her ikisi de anahtarlama kayıplarını azaltabilir. Sürüş Bipolar transistörlerle karşılaştırıldığında, GS voltajı belirli bir değerin üzerinde olduğu sürece, genellikle paketlenmiş bir MOSFET'i açmak için herhangi bir akımın gerekli olmadığına inanılır. Bunu yapmak kolaydır ancak hıza da ihtiyacımız vardır. Kapsüllenmiş MOSFET'in yapısı, GS, GD arasında parazitik kapasitans varlığında görülebilir ve MOSFET'in sürülmesi aslında kapasitansın şarj edilmesi ve boşaltılmasıdır. Kapasitörün şarj edilmesi bir akım gerektirir, çünkü kapasitörün anında şarj edilmesi kısa devre olarak görülebilir, dolayısıyla anlık akım daha büyük olacaktır. MOSFET sürücüsünü seçerken/tasarlarken dikkat edilmesi gereken ilk şey, sağlanabilecek anlık kısa devre akımının boyutudur.

Dikkat edilmesi gereken ikinci nokta, genellikle üst düzey sürücü NMOS'ta kullanıldığında, açık zamanlı geçit voltajının kaynak voltajından daha büyük olması gerektiğidir. Üst düzey sürücü MOSFET'in iletim kaynağı voltajı ve boşaltma voltajı (VCC) aynıdır, bu nedenle kapı voltajı VCC'den 4 V veya 10 V'dir. Aynı sistemde ise, VCC'den daha büyük bir voltaj elde etmek için uzmanlaşmamız gerekir. Güçlendirme devreleri. Çoğu motor sürücüsünde entegre şarj pompası bulunur; MOSFET'i çalıştırmak için yeterli kısa devre akımını elde etmek amacıyla uygun harici kapasitansı seçmeniz gerektiğine dikkat etmek önemlidir. MOSFET'in açık durum voltajında ​​yaygın olarak 4V veya 10V kullanılır, elbette tasarımın belli bir marja sahip olması gerekir. Gerilim ne kadar yüksek olursa, açık durum hızı o kadar hızlı ve açık durum direnci o kadar düşük olur. Günümüzde farklı alanlarda kullanılan daha küçük durum gerilimine sahip MOSFET'ler bulunmaktadır ancak 12V otomotiv elektronik sistemlerinde genellikle 4V açık durum yeterlidir. MOSFET sürücü devresi ve kaybı.