Za prvé, typ a struktura MOSFET,MOSFETje FET (další je JFET), lze jej vyrobit do rozšířeného nebo ochuzeného typu, P-kanál nebo N-kanál celkem čtyři typy, ale skutečná aplikace pouze vylepšených N-kanálových MOSFETů a vylepšených P-kanálových MOSFETů, takže obvykle označované jako NMOS nebo PMOS se odkazuje na tyto dva druhy. U těchto dvou typů vylepšených MOSFETů se běžněji používá NMOS, důvodem je malý odpor při zapnutí a jeho výroba je snadná. Proto se NMOS obecně používá v aplikacích spínaných napájecích zdrojů a motorových pohonů.
V následujícím úvodu většině případů dominuje NMOS. mezi třemi kolíky MOSFETu existuje parazitní kapacita, což je vlastnost, která není potřeba, ale vzniká kvůli omezením výrobního procesu. Přítomnost parazitní kapacity způsobuje, že návrh nebo výběr obvodu budiče je trochu složitější. Mezi mozkem a zdrojem je parazitní dioda. To se nazývá dioda těla a je důležité při řízení indukčních zátěží, jako jsou motory. Mimochodem, tělová dioda je přítomna pouze v jednotlivých MOSFETech a obvykle není přítomna uvnitř IC čipu.
MOSFETztráta spínací elektronky, ať už je to NMOS nebo PMOS, poté, co existuje vedení na-odpor, takže proud bude spotřebovávat energii v tomto odporu, tato část spotřebované energie se nazývá ztráta vedení. Výběr MOSFETů s nízkým odporem sníží ztrátu odporu. V dnešní době je odpor při zapnutí nízkoenergetických MOSFETů obecně kolem desítek miliohmů a několik miliohmů je také k dispozici. MOSFETy nesmí být dokončeny okamžitě, když jsou zapnuté a vypnuté. Existuje proces snižování napětí dva konce MOSFETu a dochází k procesu zvyšování proudu, který jím protéká. Během tohoto časového období je ztráta MOSFETů součinem napětí a proudu, což se nazývá spínací ztráta. Obvykle je spínací ztráta mnohem větší než ztráta vedení a čím vyšší je spínací frekvence, tím větší je ztráta. Součin napětí a proudu v okamžiku vedení je velmi velký, což má za následek velké ztráty. Zkrácení spínací doby snižuje ztráty při každém vedení; snížení spínací frekvence snižuje počet sepnutí za jednotku času. Oba tyto přístupy snižují spínací ztráty.
Ve srovnání s bipolárními tranzistory se obecně má za to, že k vytvoření aMOSFETchování, pokud je napětí GS nad určitou hodnotou. To je snadné, ale potřebujeme také rychlost. Jak můžete vidět na struktuře MOSFETu, mezi GS, GD je parazitní kapacita a řízení MOSFETu je ve skutečnosti nabíjení a vybíjení kapacity. Nabíjení kondenzátoru vyžaduje proud, protože okamžité nabíjení kondenzátoru lze považovat za zkrat, takže okamžitý proud bude vyšší. První věc, kterou je třeba poznamenat při výběru/návrhu měniče MOSFET, je velikost okamžitého zkratového proudu, který může být poskytnut.
Druhou věcí, kterou je třeba poznamenat, je, že obecně používané v high-endových jednotkách NMOS musí být napětí hradla při zapnutí větší než napětí zdroje. High-end pohon MOSFET na zdroji napětí a napětí (VCC) stejné, takže hradlo napětí než VCC 4V nebo 10V. pokud ve stejném systému, abychom získali větší napětí než VCC, musíme se specializovat na zesilovací obvod. Mnoho ovladačů motoru má integrovaná nabíjecí čerpadla, je důležité poznamenat, že byste měli zvolit vhodnou externí kapacitu, abyste získali dostatečný zkratový proud pro pohon MOSFET. 4V nebo 10V je běžně používaný MOSFET na napětí, provedení samozřejmě, musíte mít určitou rezervu. Čím vyšší je napětí, tím vyšší je rychlost v zapnutém stavu a tím nižší je odpor v zapnutém stavu. Nyní existují také menší MOSFETy se zapnutým napětím používané v různých oblastech, ale v 12V automobilovém elektronickém systému obecně stačí 4V zapnuté. potřeba elektronických spínacích obvodů, jako je spínaný zdroj a motorový pohon, ale také stmívání osvětlení. Vedení znamená fungující jako spínač, což je ekvivalentní sepnutí spínače. Charakteristiky NMOS, Vgs větší než určitá hodnota povede, vhodné pro použití v případě, kdy je zdroj uzemněn (low-end drive), pokud brána napětí 4V nebo 10V.PMOS charakteristiky, povedou Vgs menší než určitá hodnota, vhodné pro použití v případě, kdy je zdroj připojen k VCC (high-end drive). Ačkoli lze PMOS snadno použít jako špičkový ovladač, NMOS se obvykle používá ve špičkových ovladačích kvůli velkému odporu, vysoké ceně a několika náhradním typům.
Nyní MOSFET řídí nízkonapěťové aplikace, při použití 5V napájení, tentokrát, pokud použijete tradiční strukturu totemu, kvůli tranzistoru bude asi 0,7V úbytek napětí, což má za následek skutečný konečný přidaný do brány na napětí je pouze 4,3 V. V tuto chvíli volíme jmenovité napětí hradla 4,5 V MOSFETu na existenci určitých rizik. Stejný problém nastává při použití 3V nebo jiných příležitostí nízkonapěťového napájení. Dvojité napětí se používá v některých řídicích obvodech, kde logická část používá typické digitální napětí 5V nebo 3,3V a výkonová část používá 12V nebo dokonce vyšší. Obě napětí jsou spojena pomocí společné země. To klade požadavek na použití obvodu, který umožňuje nízkonapěťové straně efektivně ovládat MOSFET na vysokonapěťové straně, zatímco MOSFET na vysokonapěťové straně bude čelit stejným problémům uvedeným v 1 a 2. Ve všech třech případech Struktura totemu nemůže splnit požadavky na výstup a zdá se, že mnoho běžně dostupných integrovaných obvodů MOSFET ovladačů neobsahuje konstrukci omezující napětí hradla. Vstupní napětí není pevná hodnota, mění se s časem nebo jinými faktory. Tato změna způsobuje, že budicí napětí dodávané MOSFETu obvodem PWM je nestabilní. Aby byl MOSFET bezpečný před vysokým napětím hradla, mnoho MOSFETů má vestavěné regulátory napětí, které násilně omezují amplitudu hradlového napětí.
V tomto případě, když dodávané napětí pohonu překročí napětí regulátoru, způsobí to velkou statickou spotřebu energie. Současně, pokud jednoduše použijete princip odporového děliče napětí ke snížení napětí brány, dojde k relativně vysoké vstupní napětí, MOSFET funguje dobře, zatímco vstupní napětí je sníženo, když napětí hradla není dostatečné k tomu, aby způsobilo nedostatečně úplné vedení, čímž se zvyšuje spotřeba energie.
Relativně běžný obvod zde pouze pro obvod ovladače NMOS, který provádí jednoduchou analýzu: Vl a Vh jsou nižší a nejvyšší napájecí zdroj, obě napětí mohou být stejná, ale Vl by nemělo překročit Vh. Q1 a Q2 tvoří obrácený totem, který slouží k dosažení izolace a zároveň k zajištění toho, že dvě budicí trubice Q3 a Q4 nebudou zapnuté současně. R2 a R3 poskytují referenční napětí PWM a změnou této reference můžete zajistit, aby obvod dobře fungoval a napětí hradla není dostatečné k tomu, aby způsobilo důkladné vedení, čímž se zvyšuje spotřeba energie. R2 a R3 poskytují referenční napětí PWM, změnou této reference můžete nechat obvod pracovat v poměrně strmé a přímé poloze signálu PWM. Q3 a Q4 se používají k zajištění proudu měniče, vzhledem k době zapnutí, Q3 a Q4 vzhledem k Vh a GND představují pouze minimální pokles napětí Vce, tento pokles napětí je obvykle pouze 0,3 V nebo tak, mnohem nižší než 0,7V Vce R5 a R6 jsou zpětnovazební odpory pro vzorkování napětí hradla, po vzorkování napětí se napětí hradla použije jako zpětnovazební odpor k napětí hradla a napětí vzorku se použije na napětí hradla. R5 a R6 jsou zpětnovazební odpory používané ke vzorkování napětí hradla, které pak prochází přes Q5, aby vytvořilo silnou negativní zpětnou vazbu na bázi Q1 a Q2, čímž se napětí hradla omezí na konečnou hodnotu. Tuto hodnotu lze upravit pomocí R5 a R6. Konečně R1 poskytuje omezení proudu báze na Q3 a Q4 a R4 poskytuje omezení hradlového proudu pro MOSFETy, což je omezení ledu Q3Q4. V případě potřeby lze paralelně nad R4 připojit urychlovací kondenzátor.
Při navrhování přenosných zařízení a bezdrátových produktů jsou zlepšení výkonu produktu a prodloužení provozní doby baterie dva problémy, kterým musí návrháři čelit. DC-DC měniče mají výhody vysoké účinnosti, vysokého výstupního proudu a nízkého klidového proudu, které jsou velmi vhodné pro napájení přenosných zařízení.
DC-DC měniče mají výhody vysoké účinnosti, vysokého výstupního proudu a nízkého klidového proudu, které jsou velmi vhodné pro napájení přenosných zařízení. Mezi hlavní trendy ve vývoji technologie konstrukce DC-DC měničů v současné době patří: vysokofrekvenční technologie: s nárůstem spínací frekvence se také zmenšuje velikost spínacího měniče, výrazně se zvýšila hustota výkonu a dynamická odezva se zlepšila. Malý
Spínací frekvence měniče DC-DC se zvýší na úroveň megahertzů. Technologie nízkého výstupního napětí: S neustálým vývojem technologie výroby polovodičů se provozní napětí mikroprocesorů a přenosných elektronických zařízení snižuje a snižuje, což vyžaduje budoucí DC-DC převodník, který může poskytnout nízké výstupní napětí, aby se přizpůsobil mikroprocesoru a přenosnému elektronickému zařízení, které vyžaduje budoucí DC-DC měnič může poskytovat nízké výstupní napětí pro přizpůsobení mikroprocesoru.
Dostatečná pro zajištění nízkého výstupního napětí pro přizpůsobení mikroprocesorům a přenosným elektronickým zařízením. Tento technologický vývoj klade vyšší požadavky na návrh obvodů napájecích čipů. Především se zvyšující se frekvencí spínání se prosazuje výkon spínacích prvků
Vysoké požadavky na výkon spínacího prvku a musí mít odpovídající obvod pohonu spínacího prvku, aby bylo zajištěno, že spínací prvek ve spínací frekvenci až do megahertzové úrovně normálního provozu. Za druhé, u přenosných elektronických zařízení napájených bateriemi je provozní napětí obvodu nízké (například v případě lithiových baterií).
Lithiové baterie, např. provozní napětí 2,5 ~ 3,6 V), tedy napájecí čip pro nižší napětí.
MOSFET má velmi nízký odpor při zapnutí, nízkou spotřebu energie, v současném populárním vysoce účinném DC-DC čipu více MOSFET jako vypínač. Ovšem kvůli velké parazitní kapacitě MOSFETů. To klade vyšší požadavky na konstrukci budicích obvodů spínacích elektronek pro návrh vysokofrekvenčních DC-DC měničů. Existují různé CMOS, BiCMOS logické obvody využívající bootstrap boost strukturu a budicí obvody jako velké kapacitní zátěže v nízkonapěťovém ULSI designu. Tyto obvody jsou schopny správně pracovat za podmínek napájení menším než 1V a mohou pracovat za podmínek zatěžovací kapacity 1 ~ 2pF frekvence může dosahovat desítek megabitů nebo dokonce stovek megahertzů. V tomto dokumentu je zesilovací obvod bootstrap použit k návrhu schopnosti měniče s velkou zátěží, vhodného pro nízkonapěťový, vysoko spínací kmitočet zesilující obvod měniče DC-DC. Nízké napětí a PWM pro pohon špičkových MOSFETů. signál PWM s malou amplitudou pro řízení požadavků na vysoké hradlové napětí MOSFETů.
Čas odeslání: 12. dubna 2024
