Groot pakket MOSFET-drivercircuit

Allereerst het MOSFET-type en de structuur,MOSFETis een FET (een andere is JFET), kan worden vervaardigd in verbeterd of uitputtingstype, P-kanaal of N-kanaal, in totaal vier typen, maar de daadwerkelijke toepassing van alleen verbeterde N-kanaal MOSFET's en verbeterde P-kanaal MOSFET's, dus meestal aangeduid als de NMOS of PMOS verwijst naar deze twee soorten. Voor deze twee soorten verbeterde MOSFET's wordt NMOS het meest gebruikt. De reden hiervoor is dat de aan-weerstand klein is en gemakkelijk te vervaardigen. Daarom wordt NMOS over het algemeen gebruikt in toepassingen voor schakelende voeding en motoraandrijving.

In de volgende inleiding worden de meeste gevallen gedomineerd door NMOS. Tussen de drie pinnen van de MOSFET bestaat een parasitaire capaciteit, een functie die niet nodig is maar ontstaat als gevolg van beperkingen in het productieproces. De aanwezigheid van parasitaire capaciteit maakt het een beetje lastig om een ​​drivercircuit te ontwerpen of te selecteren. Tussen de drain en de source bevindt zich een parasitaire diode. Dit wordt de lichaamsdiode genoemd en is belangrijk bij het aansturen van inductieve belastingen zoals motoren. Overigens is de lichaamsdiode alleen aanwezig in individuele MOSFET's en meestal niet in een IC-chip.

MOSFETschakelbuisverlies, of het nu NMOS of PMOS is, nadat de geleiding van de aan-weerstand bestaat, zodat de stroom energie in deze weerstand zal verbruiken, dit deel van de verbruikte energie wordt geleidingsverlies genoemd. Selectie van MOSFET's met een lage aan-weerstand zal het verlies aan aan-weerstand verminderen. Tegenwoordig ligt de aan-weerstand van MOSFET's met laag vermogen over het algemeen rond de tientallen milliohm, en er zijn ook enkele milliohms beschikbaar. MOSFET's mogen niet in een oogwenk worden voltooid wanneer ze aan en uit worden gezet. Er is een proces waarbij de spanning wordt verlaagd de twee uiteinden van de MOSFET, en er is een proces waarbij de stroom die er doorheen vloeit toeneemt. Gedurende deze periode is het verlies van MOSFET's het product van de spanning en de stroom, dit wordt genoemd het schakelverlies. Meestal is het schakelverlies veel groter dan het geleidingsverlies, en hoe sneller de schakelfrequentie, hoe groter het verlies. Het product van spanning en stroom op het moment van geleiding is erg groot, wat tot grote verliezen leidt. Het verkorten van de schakeltijd vermindert het verlies bij elke geleiding; het verminderen van de schakelfrequentie vermindert het aantal schakelaars per tijdseenheid. Beide benaderingen verminderen de schakelverliezen.

Vergeleken met bipolaire transistors wordt algemeen aangenomen dat er geen stroom nodig is om a te makenMOSFETgeleiden, zolang de GS-spanning boven een bepaalde waarde ligt. Dit is gemakkelijk te doen, maar we hebben ook snelheid nodig. Zoals je kunt zien in de structuur van de MOSFET, is er een parasitaire capaciteit tussen GS en GD, en de aansturing van de MOSFET is in feite het opladen en ontladen van de capaciteit. Voor het opladen van de condensator is stroom nodig, omdat het onmiddellijk opladen van de condensator kan worden gezien als kortsluiting, waardoor de momentane stroom hoger zal zijn. Het eerste waar u op moet letten bij het selecteren/ontwerpen van een MOSFET-driver is de grootte van de momentane kortsluitstroom die kan worden geleverd.

Het tweede ding om op te merken is dat, doorgaans gebruikt in high-end drive NMOS, de poortspanning op tijd groter moet zijn dan de bronspanning. High-end drive MOSFET op de source-spanning en drain-spanning (VCC) hetzelfde, dus dan is de gate-spanning dan de VCC 4V of 10V. als we in hetzelfde systeem een ​​hogere spanning willen krijgen dan de VCC, moeten we ons specialiseren in het boostcircuit. Veel motordrivers hebben geïntegreerde laadpompen. Het is belangrijk op te merken dat u de juiste externe capaciteit moet kiezen om voldoende kortsluitstroom te krijgen om de MOSFET aan te sturen. 4V of 10V is de meest gebruikte MOSFET op spanning, bij het ontwerp moet je uiteraard een bepaalde marge hebben. Hoe hoger de spanning, hoe sneller de inschakelsnelheid en hoe lager de inschakelweerstand. Nu worden er ook kleinere MOSFET's met aan-toestand-spanning gebruikt op verschillende gebieden, maar in het 12V-auto-elektronicasysteem is over het algemeen 4V aan-toestand voldoende. MOSFET's meest opvallende kenmerk zijn de schakelkarakteristieken van het goede, dus het wordt veel gebruikt in de behoefte aan elektronische schakelcircuits, zoals schakelende voeding en motoraandrijving, maar ook het dimmen van verlichting. Geleidend betekent dat het fungeert als een schakelaar, wat overeenkomt met een schakelaarsluiting. NMOS-karakteristieken, Vgs groter dan een bepaalde waarde zullen geleiden, geschikt voor gebruik in het geval dat de bron geaard is (low-end drive), zolang de poort spanning van 4V of 10V.PMOS-karakteristieken, Vgs minder dan een bepaalde waarde zal geleiden, geschikt voor gebruik in het geval dat de bron is aangesloten op de VCC (high-end drive). Hoewel PMOS gemakkelijk kan worden gebruikt als een high-end driver, wordt NMOS meestal gebruikt in high-end drivers vanwege de grote aan-weerstand, de hoge prijs en de weinige vervangingstypes.

Nu stuurt de MOSFET laagspanningstoepassingen aan, wanneer het gebruik van een 5V-voeding, deze keer als je de traditionele totempaalstructuur gebruikt, vanwege de transistor een spanningsval van ongeveer 0,7 V is, wat resulteert in de daadwerkelijke finale toegevoegd aan de poort op de spanning bedraagt ​​slechts 4,3 V. Op dit moment kiezen we voor de nominale poortspanning van 4,5 V van de MOSFET op basis van het bestaan ​​van bepaalde risico's. Hetzelfde probleem doet zich voor bij het gebruik van 3V of andere laagspanningsvoedingen. Dubbele spanning wordt gebruikt in sommige stuurcircuits waarbij de logische sectie een typische digitale spanning van 5V of 3,3V gebruikt en de vermogenssectie 12V of zelfs hoger. De twee spanningen zijn verbonden via een gemeenschappelijke aarde. Dit stelt de eis om een ​​circuit te gebruiken waarmee de laagspanningszijde de MOSFET aan de hoogspanningszijde effectief kan besturen, terwijl de MOSFET aan de hoogspanningszijde met dezelfde problemen zal worden geconfronteerd als genoemd in 1 en 2. In alle drie de gevallen zal de De totempaalstructuur kan niet aan de uitgangsvereisten voldoen, en veel kant-en-klare MOSFET-driver-IC's lijken geen poortspanningsbeperkende structuur te bevatten. De ingangsspanning is geen vaste waarde, maar varieert met de tijd of andere factoren. Deze variatie zorgt ervoor dat de stuurspanning die door het PWM-circuit aan de MOSFET wordt geleverd, onstabiel is. Om de MOSFET te beschermen tegen hoge poortspanningen, hebben veel MOSFET's ingebouwde spanningsregelaars om de amplitude van de poortspanning krachtig te beperken.

In dit geval, wanneer de geleverde aandrijfspanning de spanning van de regelaar overschrijdt, zal dit een groot statisch stroomverbruik veroorzaken. Tegelijkertijd, als u eenvoudigweg het principe van de weerstandsspanningsdeler gebruikt om de poortspanning te verminderen, zal er een relatief hoge ingangsspanning werkt de MOSFET goed, terwijl de ingangsspanning wordt verlaagd wanneer de poortspanning onvoldoende is om onvoldoende volledige geleiding te veroorzaken, waardoor het stroomverbruik toeneemt.

Relatief gebruikelijk circuit hier alleen voor het NMOS-stuurcircuit om een ​​eenvoudige analyse uit te voeren: Vl en Vh zijn respectievelijk de low-end en high-end voeding, de twee spanningen kunnen hetzelfde zijn, maar Vl mag Vh niet overschrijden. Q1 en Q2 vormen een omgekeerde totempaal, die wordt gebruikt om de isolatie te bewerkstelligen en er tegelijkertijd voor te zorgen dat de twee aandrijfbuizen Q3 en Q4 niet tegelijkertijd aan staan. R2 en R3 leveren de PWM-spanningsreferentie, en door deze referentie te veranderen, kun je het circuit goed laten werken, en is de poortspanning niet voldoende om een ​​grondige geleiding te veroorzaken, waardoor het stroomverbruik toeneemt. R2 en R3 zorgen voor de PWM-spanningsreferentie. Door deze referentie te wijzigen, kunt u het circuit laten werken in de PWM-signaalgolfvorm die relatief steil en recht is. Q3 en Q4 worden gebruikt om de aandrijfstroom te leveren. Vanwege de aan-tijd zijn Q3 en Q4 ten opzichte van de Vh en GND slechts minimaal een Vce-spanningsval, deze spanningsval is meestal slechts 0,3 V of zo, veel lager dan 0,7 V Vce R5 en R6 zijn feedbackweerstanden voor het bemonsteren van de poortspanning. Na het bemonsteren van de spanning wordt de spanning van de poort gebruikt als feedbackweerstand voor de poortspanning en wordt de spanning van het monster gebruikt voor de poortspanning. R5 en R6 zijn feedbackweerstanden die worden gebruikt om de poortspanning te bemonsteren, die vervolgens door Q5 wordt geleid om een ​​sterke negatieve feedback op de bases van Q1 en Q2 te creëren, waardoor de poortspanning tot een eindige waarde wordt beperkt. Deze waarde kan worden aangepast met R5 en R6. Ten slotte zorgt R1 voor de beperking van de basisstroom naar Q3 en Q4, en R4 zorgt voor de beperking van de poortstroom naar de MOSFET's, wat de beperking is van het ijs van Q3Q4. Indien nodig kan boven R4 een versnellingscondensator parallel worden aangesloten.                                         

Bij het ontwerpen van draagbare apparaten en draadloze producten zijn het verbeteren van de productprestaties en het verlengen van de gebruiksduur van de batterij twee problemen waarmee ontwerpers rekening moeten houden. DC-DC-converters hebben de voordelen van hoge efficiëntie, hoge uitgangsstroom en lage ruststroom, die zeer geschikt zijn voor het voeden van draagbare apparaten apparaten.

DC-DC-converters hebben de voordelen van een hoog rendement, een hoge uitgangsstroom en een lage ruststroom, die zeer geschikt zijn voor het voeden van draagbare apparaten. Momenteel zijn de belangrijkste trends in de ontwikkeling van de DC-DC-omzetterontwerptechnologie: hoogfrequente technologie: met de toename van de schakelfrequentie wordt ook de omvang van de schakelomzetter verkleind, is de vermogensdichtheid aanzienlijk vergroot en is de dynamiek reactie is verbeterd. Klein

De schakelfrequentie van de DC-DC-omzetter zal stijgen naar het megahertz-niveau. Technologie met lage uitgangsspanning: Met de voortdurende ontwikkeling van halfgeleiderproductietechnologie wordt de bedrijfsspanning van microprocessors en draagbare elektronische apparatuur steeds lager, wat vereist dat een toekomstige DC-DC-omzetter een lage uitgangsspanning kan leveren om zich aan te passen aan de microprocessor en draagbare elektronische apparatuur, die vereist dat een toekomstige DC-DC-omzetter een lage uitgangsspanning kan leveren om zich aan te passen aan de microprocessor.

Voldoende om een ​​lage uitgangsspanning te leveren voor aanpassing aan microprocessors en draagbare elektronische apparatuur. Deze technologische ontwikkelingen stellen hogere eisen aan het ontwerp van stroomvoorzieningchipcircuits. Allereerst wordt met de toenemende schakelfrequentie de prestatie van de schakelcomponenten naar voren gebracht

Hoge eisen aan de prestaties van het schakelelement, en moeten over het overeenkomstige schakelelement-aandrijfcircuit beschikken om ervoor te zorgen dat het schakelelement in de schakelfrequentie het megahertz-niveau van normale werking bereikt. Ten tweede is bij draagbare elektronische apparaten die op batterijen werken de bedrijfsspanning van het circuit laag (bijvoorbeeld in het geval van lithiumbatterijen).

Lithiumbatterijen hebben bijvoorbeeld een bedrijfsspanning van 2,5 ~ 3,6 V), dus de voedingchip is geschikt voor de lagere spanning.

MOSFET heeft een zeer lage aan-weerstand, laag energieverbruik, in de huidige populaire hoogefficiënte DC-DC-chip meer MOSFET als aan/uit-schakelaar. Echter, vanwege de grote parasitaire capaciteit van MOSFET's. Dit stelt hogere eisen aan het ontwerp van schakelende buisaandrijfcircuits voor het ontwerpen van DC-DC-omzetters met hoge bedrijfsfrequentie. Er zijn verschillende CMOS- en BiCMOS-logische circuits die gebruikmaken van een bootstrap-booststructuur en stuurcircuits als grote capacitieve belastingen in een laagspannings-ULSI-ontwerp. Deze circuits kunnen goed werken onder omstandigheden van een voedingsspanning van minder dan 1V, en kunnen werken onder omstandigheden van een belastingscapaciteit van 1 ~ 2pF, de frequentie kan tientallen megabits of zelfs honderden megahertz bereiken. In dit artikel wordt het bootstrap-boostcircuit gebruikt om een ​​aandrijfcapaciteit met grote belastingscapaciteit te ontwerpen, geschikt voor DC-DC-omzetteraandrijfcircuits met lage spanning en hoge schakelfrequentie. Low-end spanning en PWM om high-end MOSFET's aan te sturen. PWM-signaal met kleine amplitude om hoge poortspanningsvereisten van MOSFET's aan te sturen.