დიდი პაკეტის MOSFET დრაივერის წრე

უპირველეს ყოვლისა, MOSFET-ის ტიპი და სტრუქტურა,MOSFETარის FET (მეორე არის JFET), შეიძლება დამზადდეს გაძლიერებულ ან ამოწურულ ტიპად, P-არხად ან N-არხად სულ ოთხი ტიპის, მაგრამ რეალურად გამოიყენება მხოლოდ გაძლიერებული N-არხის MOSFET და გაძლიერებული P-არხის MOSFET, ასე რომ. ჩვეულებრივ მოხსენიებული როგორც NMOS ან PMOS ეხება ამ ორ სახეობას. გაძლიერებული MOSFET-ის ამ ორი ტიპისთვის, უფრო ხშირად გამოიყენება NMOS, მიზეზი ის არის, რომ ჩართული წინააღმდეგობა მცირეა და ადვილი დასამზადებელია. ამიტომ, NMOS ჩვეულებრივ გამოიყენება ელექტრომომარაგების და ძრავის დისკის გადართვის პროგრამებში.

შემდეგ შესავალში, უმეტეს შემთხვევაში დომინირებს NMOS. პარაზიტული ტევადობა არსებობს MOSFET-ის სამ პინს შორის, ფუნქცია, რომელიც არ არის საჭირო, მაგრამ წარმოიქმნება წარმოების პროცესის შეზღუდვების გამო. პარაზიტული ტევადობის არსებობა გარკვეულ რთულს ხდის დრაივერის წრედის დაპროექტებას ან არჩევას. დრენაჟსა და წყაროს შორის არის პარაზიტული დიოდი. ამას ეწოდება სხეულის დიოდი და მნიშვნელოვანია ინდუქციური დატვირთვების მართვისთვის, როგორიცაა ძრავები. სხვათა შორის, სხეულის დიოდი მხოლოდ ცალკეულ MOSFET-ებშია წარმოდგენილი და ჩვეულებრივ არ არის IC ჩიპში.

MOSFETგადართვის მილის დაკარგვა, იქნება ეს NMOS ან PMOS, მას შემდეგ, რაც არსებობს ჩართული წინააღმდეგობის გამტარობა, ისე, რომ დენი მოიხმარს ენერგიას ამ წინააღმდეგობაში, მოხმარებული ენერგიის ამ ნაწილს ეწოდება გამტარობის დაკარგვა. MOSFET-ების შერჩევა დაბალი გამძლეობით შეამცირებს წინააღმდეგობის დაკარგვას. დღესდღეობით, დაბალი სიმძლავრის MOSFET-ების წინააღმდეგობა, როგორც წესი, დაახლოებით ათეულ მილიოჰამს შეადგენს და ასევე ხელმისაწვდომია რამდენიმე მილიოჰმა. MOSFET-ის ორი ბოლო და მიმდინარეობს მასში გამავალი დენის გაზრდის პროცესი. დროის ამ პერიოდში დანაკარგი MOSFET-ების არის ძაბვის და დენის პროდუქტი, რომელსაც ეწოდება გადართვის დაკარგვა. ჩვეულებრივ გადართვის დანაკარგი გაცილებით დიდია, ვიდრე გამტარობის დაკარგვა და რაც უფრო სწრაფია გადართვის სიხშირე, მით უფრო დიდია დანაკარგი. ძაბვისა და დენის პროდუქტი გამტარობის მომენტში ძალიან დიდია, რაც იწვევს დიდ დანაკარგებს. გადართვის დროის შემცირება ამცირებს დანაკარგს თითოეულ გამტარობაზე; გადართვის სიხშირის შემცირება ამცირებს გადამრთველების რაოდენობას დროის ერთეულზე. ორივე ეს მიდგომა ამცირებს გადართვის დანაკარგებს.

ბიპოლარულ ტრანზისტორებთან შედარებით, ზოგადად მიჩნეულია, რომ არ არის საჭირო დენი აMOSFETქცევა, სანამ GS ძაბვა გარკვეულ მნიშვნელობაზე მეტია. ამის გაკეთება ადვილია, თუმცა, სიჩქარეც გვჭირდება. როგორც MOSFET-ის სტრუქტურაში ხედავთ, არის პარაზიტული ტევადობა GS-ს, GD-ს შორის და MOSFET-ის მართვა, ფაქტობრივად, არის ტევადობის დამუხტვა და განმუხტვა. კონდენსატორის დამუხტვა მოითხოვს დენს, რადგან კონდენსატორის მყისიერად დატენვა შეიძლება ჩაითვალოს მოკლე ჩართვად, ამიტომ მყისიერი დენი უფრო მაღალი იქნება. პირველი, რაც გასათვალისწინებელია MOSFET-ის დრაივერის არჩევისას/დაპროექტებისას არის მყისიერი მოკლე ჩართვის დენის ზომა, რომელიც შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს.

მეორე, რაც უნდა აღინიშნოს, არის ის, რომ, როგორც წესი, გამოიყენება მაღალი დონის დისკის NMOS-ში, დროული კარიბჭის ძაბვა უნდა იყოს წყაროს ძაბვაზე მეტი. მაღალი დონის წამყვანი MOSFET წყაროს ძაბვისა და გადინების ძაბვის (VCC) იგივეა, ასე რომ, კარიბჭის ძაბვა ვიდრე VCC 4V ან 10V. თუ იმავე სისტემაში, VCC-ზე დიდი ძაბვის მისაღებად, ჩვენ გვჭირდება სპეციალიზირება გამაძლიერებლის წრეში. ძრავის ბევრ დრაივერს აქვს ინტეგრირებული დამუხტვის ტუმბოები, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ თქვენ უნდა აირჩიოთ შესაბამისი გარე ტევადობა, რათა მიიღოთ საკმარისი მოკლე ჩართვის დენი MOSFET-ის მართვისთვის. 4V ან 10V არის ხშირად გამოყენებული MOSFET ძაბვაზე, დიზაინი, რა თქმა უნდა, უნდა გქონდეთ გარკვეული ზღვარი. რაც უფრო მაღალია ძაბვა, მით უფრო მაღალია ჩართვის სიჩქარე და მით უფრო დაბალია ჩართვის წინააღმდეგობა. ახლა ასევე არსებობს უფრო მცირე მდგომარეობითი ძაბვის MOSFET-ები, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში, მაგრამ 12 ვ საავტომობილო ელექტრონიკის სისტემაში, ზოგადად, 4 ვ ჩართვა საკმარისია. ელექტრონული გადართვის სქემების საჭიროება, როგორიცაა ელექტრომომარაგების და ძრავის გადართვა, მაგრამ ასევე განათების დაბნელება. გამტარობა ნიშნავს, რომ მოქმედებს როგორც გადამრთველი, რაც ექვივალენტურია გადამრთველის დახურვის. ძაბვის 4V ან 10V.PMOS მახასიათებლები, Vgs ნაკლებია, ვიდრე გარკვეული მნიშვნელობა, შესაფერისი გამოსაყენებლად იმ შემთხვევაში, როდესაც წყარო დაკავშირებულია VCC (მაღალი დონის დისკზე). თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ PMOS ადვილად შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მაღალი დონის დრაივერი, NMOS ჩვეულებრივ გამოიყენება მაღალი დონის დრაივერებში დიდი წინააღმდეგობის, მაღალი ფასის და რამდენიმე შემცვლელი ტიპის გამო.

ახლა MOSFET მართავს დაბალი ძაბვის აპლიკაციებს, როდესაც გამოიყენება 5V ელექტრომომარაგება, ამჯერად თუ იყენებთ ტრადიციული ტოტემური ბოძების სტრუქტურას, ტრანზისტორის გამო იქნება დაახლოებით 0.7V ძაბვის ვარდნა, რის შედეგადაც ფაქტობრივი საბოლოო ემატება კარიბჭეს. ძაბვა არის მხოლოდ 4,3 ვ. ამ დროს ვირჩევთ MOSFET-ის ნომინალურ კარიბჭე ძაბვას 4,5 ვ, გარკვეულის არსებობაზე. რისკები. იგივე პრობლემა ჩნდება 3 ვ ან სხვა დაბალი ძაბვის ელექტრომომარაგების დროს. ორმაგი ძაბვა გამოიყენება ზოგიერთ საკონტროლო წრეში, სადაც ლოგიკური განყოფილება იყენებს ტიპიურ 5V ან 3.3V ციფრულ ძაბვას და დენის განყოფილება იყენებს 12V ან უფრო მაღალს. ორი ძაბვა დაკავშირებულია საერთო ნიადაგის გამოყენებით. ეს აყენებს მოთხოვნას გამოიყენოს წრე, რომელიც საშუალებას აძლევს დაბალი ძაბვის მხარეს ეფექტურად აკონტროლოს MOSFET მაღალი ძაბვის მხარეს, ხოლო MOSFET მაღალი ძაბვის მხარეს ექნება იგივე პრობლემები, რომლებიც აღნიშნულია 1 და 2-ში. სამივე შემთხვევაში, ტოტემური პოლუსის სტრუქტურა ვერ აკმაყოფილებს გამომავალი მოთხოვნებს და MOSFET-ის დრაივერის ბევრი IC არ შეიცავს კარიბჭის ძაბვის შეზღუდვის სტრუქტურას. შეყვანის ძაბვა არ არის ფიქსირებული მნიშვნელობა, ის იცვლება დროის ან სხვა ფაქტორების მიხედვით. ეს ცვალებადობა იწვევს PWM მიკროსქემის მიერ MOSFET-ისთვის მიწოდებული წამყვანი ძაბვის არასტაბილურობას. იმისათვის, რომ MOSFET იყოს დაცული მაღალი კარიბჭის ძაბვისგან, ბევრ MOSFET-ს აქვს ჩაშენებული ძაბვის რეგულატორები, რათა იძულებით შეზღუდონ კარიბჭის ძაბვის ამპლიტუდა.

ამ შემთხვევაში, როდესაც მოწოდებული წამყვანი ძაბვა აღემატება რეგულატორის ძაბვას, ეს გამოიწვევს სტატიკური ენერგიის დიდ მოხმარებას, ამავდროულად, თუ უბრალოდ გამოიყენებთ რეზისტორის ძაბვის გამყოფის პრინციპს კარიბჭის ძაბვის შესამცირებლად, იქნება შედარებით ძაბვა. მაღალი შეყვანის ძაბვა, MOSFET კარგად მუშაობს, ხოლო შეყვანის ძაბვა მცირდება, როდესაც კარიბჭის ძაბვა არასაკმარისია. არასაკმარისად სრული გამტარობა, რითაც იზრდება ენერგიის მოხმარება.

შედარებით გავრცელებული წრე აქ მხოლოდ NMOS დრაივერის წრედისთვის მარტივი ანალიზისთვის: Vl და Vh არის დაბალი და მაღალი დონის კვების წყარო, შესაბამისად, ორი ძაბვა შეიძლება იყოს იგივე, მაგრამ Vl არ უნდა აღემატებოდეს Vh. Q1 და Q2 ქმნიან ინვერსიულ ტოტემ ბოძს, რომელიც გამოიყენება იზოლაციის მისაღწევად და ამავე დროს იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ორი წამყვანი მილი Q3 და Q4 არ იყოს ჩართული ერთდროულად. R2 და R3 უზრუნველყოფენ PWM ძაბვის მითითებას და ამ მითითების შეცვლით, შეგიძლიათ წრე კარგად იმუშაოთ და კარიბჭის ძაბვა არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ გამოიწვიოს საფუძვლიანი გამტარობა, რითაც გაზარდოს ენერგიის მოხმარება. R2 და R3 უზრუნველყოფენ PWM ძაბვის მითითებას, ამ მითითების შეცვლით, თქვენ შეგიძლიათ დაუშვათ მიკროსქემის მუშაობა PWM სიგნალის ტალღის ფორმაში შედარებით ციცაბო და სწორი პოზიცია. Q3 და Q4 გამოიყენება დისკის დენის უზრუნველსაყოფად, დროში ჩართვის გამო, Q3 და Q4 შედარებით Vh და GND არის მხოლოდ მინიმალური Vce ძაბვის ვარდნა, ეს ძაბვის ვარდნა ჩვეულებრივ მხოლოდ 0.3V ან ასეა, გაცილებით დაბალია. ვიდრე 0.7V Vce R5 და R6 არის უკუკავშირის რეზისტორები კარიბჭის ძაბვის ნიმუშის აღებისთვის, ძაბვის შერჩევის შემდეგ, კარიბჭის ძაბვა გამოიყენება როგორც უკუკავშირის რეზისტორად კარიბჭის ძაბვაზე, ხოლო ნიმუშის ძაბვა გამოიყენება კარიბჭის ძაბვაზე. R5 და R6 არის უკუკავშირის რეზისტორები, რომლებიც გამოიყენება კარიბჭის ძაბვის სინჯისთვის, რომელიც შემდეგ გადადის Q5-ში, რათა შეიქმნას ძლიერი უარყოფითი გამოხმაურება Q1 და Q2-ის საფუძვლებზე, რითაც ზღუდავს კარიბჭის ძაბვას სასრულ მნიშვნელობამდე. ეს მნიშვნელობა შეიძლება დარეგულირდეს R5 და R6-ით. დაბოლოს, R1 უზრუნველყოფს ბაზის დენის შეზღუდვას Q3 და Q4-მდე, ხოლო R4 უზრუნველყოფს კარიბჭის დენის შეზღუდვას MOSFET-ებზე, რაც არის Q3Q4-ის ყინულის შეზღუდვა. აუცილებლობის შემთხვევაში შესაძლებელია აჩქარების კონდენსატორის დაკავშირება R4-ის ზემოთ პარალელურად.                                         

პორტატული მოწყობილობებისა და უკაბელო პროდუქტების დიზაინის შექმნისას, პროდუქტის მუშაობის გაუმჯობესება და ბატარეის მუშაობის დროის გახანგრძლივება არის ორი საკითხი, რომელსაც დიზაინერები უნდა შეხვდნენ. მოწყობილობები.

DC-DC კონვერტორებს აქვთ მაღალი ეფექტურობის, მაღალი გამომავალი დენის და დაბალი მშვიდი დენის უპირატესობები, რომლებიც ძალიან შესაფერისია პორტატული მოწყობილობების კვებისათვის. ამჟამად, DC-DC კონვერტორის დიზაინის ტექნოლოგიის განვითარების ძირითადი ტენდენციები მოიცავს: მაღალი სიხშირის ტექნოლოგიას: გადართვის სიხშირის მატებასთან ერთად მცირდება გადართვის გადამყვანის ზომაც, მნიშვნელოვნად გაიზარდა დენის სიმკვრივე და დინამიური. პასუხი გაუმჯობესდა. პატარა

დენის DC-DC კონვერტორის გადართვის სიხშირე მეგაჰერცამდე გაიზრდება. დაბალი გამომავალი ძაბვის ტექნოლოგია: ნახევარგამტარების წარმოების ტექნოლოგიის უწყვეტი განვითარებით, მიკროპროცესორებისა და პორტატული ელექტრონული მოწყობილობების ოპერაციული ძაბვა სულ უფრო და უფრო იკლებს, რაც მოითხოვს მომავალ DC-DC გადამყვანს, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს დაბალი გამომავალი ძაბვა მიკროპროცესორთან და პორტატულ ელექტრონულ მოწყობილობასთან ადაპტაციისთვის. მოითხოვს მომავალ DC-DC კონვერტორს შეუძლია უზრუნველყოს დაბალი გამომავალი ძაბვა მიკროპროცესორთან ადაპტაციისთვის.

საკმარისია დაბალი გამომავალი ძაბვის უზრუნველსაყოფად მიკროპროცესორებთან და პორტატულ ელექტრონულ მოწყობილობებთან ადაპტაციისთვის. ამ ტექნოლოგიურმა განვითარებამ უფრო მაღალი მოთხოვნები წამოაყენა ელექტრომომარაგების ჩიპური სქემების დიზაინისთვის. უპირველეს ყოვლისა, გადართვის სიხშირის მატებასთან ერთად, წინ წამოწეულია გადართვის კომპონენტების შესრულება

მაღალი მოთხოვნები გადართვის ელემენტის მუშაობისთვის და უნდა ჰქონდეს შესაბამისი გადართვის ელემენტის წამყვანი წრე, რათა უზრუნველყოს გადართვის ელემენტის გადართვის სიხშირე მეგაჰერცის დონემდე ნორმალური მუშაობისთვის. მეორეც, ბატარეებზე მომუშავე პორტატული ელექტრონული მოწყობილობებისთვის, მიკროსქემის ოპერაციული ძაბვა დაბალია (მაგალითად, ლითიუმის ბატარეების შემთხვევაში).

ლითიუმის ბატარეები, მაგალითად, ოპერაციული ძაბვა 2.5 ~ 3.6V), ამიტომ ელექტრომომარაგების ჩიპი ქვედა ძაბვისთვის.

MOSFET-ს აქვს ძალიან დაბალი წინააღმდეგობა, დაბალი ენერგიის მოხმარება, ამჟამინდელ პოპულარულ მაღალეფექტურ DC-DC ჩიპში მეტი MOSFET, როგორც დენის გადამრთველი. თუმცა, MOSFET-ების დიდი პარაზიტული ტევადობის გამო. ეს აყენებს უფრო მაღალ მოთხოვნებს გადართვის მილის დრაივერის სქემების დიზაინზე მაღალი ოპერაციული სიხშირის DC-DC კონვერტორების დიზაინისთვის. არსებობს სხვადასხვა CMOS, BiCMOS ლოგიკური სქემები, რომლებიც იყენებენ ჩატვირთვის გამაძლიერებელ სტრუქტურას და დრაივერის სქემებს, როგორც დიდი ტევადობის დატვირთვას დაბალი ძაბვის ULSI დიზაინში. ამ სქემებს შეუძლიათ გამართულად იმუშაონ 1V-ზე ნაკლები ძაბვის მიწოდების პირობებში და შეუძლიათ იმუშაონ დატვირთვის ტევადობის პირობებში 1 ~ 2pF სიხშირე შეიძლება მიაღწიოს ათეულ მეგაბიტს ან თუნდაც ასობით მეგაჰერცს. ამ ნაშრომში, ჩატვირთვის გამაძლიერებელი წრე გამოიყენება დიდი დატვირთვის ტევადობის დისკის შესამუშავებლად, რომელიც შესაფერისია დაბალი ძაბვის, მაღალი გადართვის სიხშირის გამაძლიერებელი DC-DC კონვერტორის წამყვანი სქემისთვის. დაბალი დონის ძაბვა და PWM მაღალი დონის MOSFET-ების მართვისთვის. მცირე ამპლიტუდის PWM სიგნალი MOSFET-ების მაღალი ძაბვის მოთხოვნების გასამყარებლად.