MOSFET buneolas agus cur i bhfeidhm bunaidh

Maidir le cén fáth mód ídiúMOSFETannanach n-úsáidtear, ní mholtar a fháil chun an bun é.

I gcás an dá MOSFET modh feabhsaithe seo, úsáidtear NMOS go coitianta. Is é an chúis go bhfuil an ar-friotaíocht beag agus éasca a mhonarú. Dá bhrí sin, úsáidtear NMOS go ginearálta chun soláthar cumhachta agus iarratais tiomána mótair a athrú. Sa réamhrá seo a leanas, úsáidtear NMOS den chuid is mó.

Tá toilleas seadánacha idir na trí bhioráin den MOSFET. Ní hé seo a theastaíonn uainn, ach tá sé de bharr srianta sa phróiseas déantúsaíochta. Toisc go bhfuil toilleas seadánacha ann tá sé níos trioblóidí nuair a bhíonn ciorcad tiomána á dhearadh nó á roghnú, ach níl aon bhealach ann chun é a sheachaint. Tabharfaimid isteach go mion é níos déanaí.

Tá dé-óid seadánacha idir an draein agus an fhoinse. An dé-óid choirp a thugtar air seo. Tá an dé-óid seo an-tábhachtach nuair a bhíonn ualaí ionduchtaithe (cosúil le mótair) á dtiomáint. Dála an scéil, ní bhíonn an comhlacht dé-óid ann ach i MOSFET amháin agus de ghnáth ní aimsítear é taobh istigh de sliseanna ciorcad iomlánaithe.

 

2. Saintréithe seolta MOSFET

Ciallaíonn seoltacht gníomhú mar lasc, atá comhionann leis an lasc a dhúnadh.

Is é tréith NMOS ná go dtiocfaidh sé ar siúl nuair a bhíonn Vgs níos mó ná luach áirithe. Tá sé oiriúnach le húsáid nuair a bhíonn an fhoinse bunaithe ar thalamh (tiomáint íseal-deireadh), chomh fada agus a shroicheann an voltas geata 4V nó 10V.

Is iad na saintréithe atá ag PMOS ná go dtiocfaidh sé ar aghaidh nuair a bhíonn Vgs níos lú ná luach áirithe, atá oiriúnach do chásanna ina bhfuil an fhoinse ceangailte le VCC (tiomáint ard-deireadh). Mar sin féin, cé goPMOSIs féidir é a úsáid go héasca mar thiománaí ard-deireadh, is gnách go n-úsáidtear NMOS i dtiománaithe ard-deireadh mar gheall ar fhriotaíocht mhór, ardphraghas, agus roinnt cineálacha athsholáthair.

 

3. Caillteanas feadán lasc MOS

Cibé an NMOS nó PMOS é, tá frith-fhriotaíocht ann tar éis é a chasadh air, mar sin ídeoidh an sruth fuinneamh ar an bhfriotaíocht seo. Cailleadh seolta a thugtar ar an gcuid seo den fhuinneamh a chaitear. Má roghnaítear MOSFET le frithsheasmhacht bheag, laghdófar caillteanais seolta. Is gnách go mbíonn ar-fhriotaíocht MOSFET ísealchumhachta an lae inniu thart ar na mílte milliohms, agus tá roinnt milliohms ann freisin.

Nuair a bhíonn an MOSFET casta air agus as, ní féidir é a chomhlánú láithreach. Tá próiseas laghdaithe ag an voltas trasna an MOS, agus tá próiseas méadaithe ag an sruth atá ag sileadh. Le linn na tréimhse seo, beidh anMOSFETannaIs é caillteanas an táirge de voltas agus reatha, ar a dtugtar caillteanas lasctha. De ghnáth bíonn caillteanais aistrithe i bhfad níos mó ná caillteanais seolta, agus an níos tapúla an minicíocht lasc, is mó na caillteanais.

Tá an táirge voltas agus reatha i láthair na huaire seolta an-mhór, is cúis le caillteanais mhóra. Is féidir an caillteanas a laghdú le linn gach seolta a ghiorrú; is féidir laghdú ar an minicíocht lasc a laghdú líon na lasca in aghaidh an aonaid ama. Is féidir leis an dá mhodh caillteanais aistrithe a laghdú.

An tonnchruth nuair a chuirtear an MOSFET ar siúl. Is féidir a fheiceáil go bhfuil an táirge voltas agus reatha i láthair na huaire seolta an-mhór, agus tá an caillteanas a dhéantar an-mhór freisin. Má laghdaítear an t-am aistrithe is féidir an caillteanas a laghdú le linn gach seolta; is féidir laghdú ar an minicíocht lasc a laghdú líon na lasca in aghaidh an aonaid ama. Is féidir leis an dá mhodh caillteanais aistrithe a laghdú.

 

4. MOSFET tiománaí

I gcomparáid le trasraitheoirí bipolar, creidtear go ginearálta nach bhfuil aon sruth ag teastáil chun MOSFET a chasadh, chomh fada agus a bhíonn an voltas GS níos airde ná luach áirithe. Tá sé seo éasca a dhéanamh, ach ní mór dúinn luas freisin.

Is féidir a fheiceáil i struchtúr an MOSFET go bhfuil toilleas seadánacha idir GS agus GD, agus is é tiomáint an MOSFET iarbhír muirear agus urscaoileadh an toilleora. Tá gá le sruth chun an toilleoir a mhuirearú, mar is féidir an toilleoir a mheas mar chiorcad gearr faoi láthair luchtaithe, agus mar sin beidh an sruth meandarach sách mór. Is é an chéad rud ar chóir aird a thabhairt air agus tiománaí MOSFET á roghnú / á dhearadh ná an méid srutha gearrchiorcaid mheandarach is féidir leis a sholáthar. ​

Is é an dara rud atá le tabhairt faoi deara ná go gcaithfidh NMOS, a úsáidtear go coitianta le haghaidh tiomána ard-deireadh, an voltas geata a bheith níos mó ná an voltas foinse nuair a chuirtear air. Nuair a bhíonn an MOSFET tiomáinte ard-taobh ar siúl, tá an voltas foinse mar an gcéanna leis an voltas draein (VCC), agus mar sin tá an voltas geata 4V nó 10V níos mó ná VCC ag an am seo. Más mian leat voltas níos mó ná VCC a fháil sa chóras céanna, beidh ciorcad treisithe speisialta uait. Tá caidéil muirir chomhtháite ag go leor tiománaithe mótair. Ba cheart a thabhairt faoi deara gur cheart toilleoir seachtrach cuí a roghnú chun dóthain srutha gearrchiorcaid a fháil chun an MOSFET a thiomáint.

 

Is é an 4V nó an 10V a luaitear thuas ná an voltas cas ar MOSFETanna a úsáidtear go coitianta, agus ar ndóigh ní mór corrlach áirithe a cheadú le linn dearadh. Agus dá airde an voltas, is amhlaidh is tapúla an luas seolta agus is lú an friotaíocht seolta. Anois tá MOSFETanna le voltais seolta níos lú a úsáidtear i réimsí éagsúla, ach i gcórais leictreonacha ngluaisteán 12V, go ginearálta is leor seoladh 4V.

 

Le haghaidh ciorcad tiománaí MOSFET agus a chaillteanais, féach le do thoil don AN799 Tiománaithe MOSFET Meaitseála le MOSFETanna Micrishlis. Tá sé an-mhionsonraithe, mar sin ní scríobhfaidh mé níos mó.

 

Tá an táirge voltas agus reatha i láthair na huaire seolta an-mhór, is cúis le caillteanais mhóra. Má laghdaítear an t-am aistrithe is féidir an caillteanas a laghdú le linn gach seolta; is féidir laghdú ar an minicíocht lasc a laghdú líon na lasca in aghaidh an aonaid ama. Is féidir leis an dá mhodh caillteanais aistrithe a laghdú.

Is cineál FET é MOSFET (JFET an ceann eile). Is féidir é a dhéanamh i mód feabhsaithe nó modh ídithe, P-chainéil nó N-chainéil, iomlán de 4 chineál. Mar sin féin, ní úsáidtear ach MOSFET de mhodh feabhsaithe N-chainéil i ndáiríre. agus MOSFET de chineál P-chainéil feabhsaithe, mar sin de ghnáth tagraíonn NMOS nó PMOS don dá chineál seo.

 

5. Ciorcad iarratais MOSFET?

Is é an tréith is suntasaí de MOSFET ná a saintréithe aistrithe maith, agus mar sin úsáidtear go forleathan é i gciorcaid a dteastaíonn lasca leictreonacha orthu, mar shampla soláthairtí cumhachta a athrú agus a thiomáineann mótair, chomh maith le dimming soilsiú.

 

Tá roinnt riachtanas speisialta ag tiománaithe MOSFET an lae inniu:

1. Iarratas ísealvoltais

Nuair a bhíonn soláthar cumhachta 5V á úsáid, má úsáidtear struchtúr cuaille totem traidisiúnta ag an am seo, ós rud é go bhfuil titim voltais de thart ar 0.7V ag an trasraitheoir, is é an voltas deiridh iarbhír a chuirtear i bhfeidhm ar an geata ach 4.3V. Ag an am seo, roghnaíonn muid an chumhacht geata ainmniúil

Tá riosca áirithe ann nuair a úsáidtear MOSFET 4.5V. Tarlaíonn an fhadhb chéanna freisin nuair a úsáidtear 3V nó soláthairtí cumhachta íseal-voltais eile.

2. Iarratas voltas leathan

Ní luach seasta é an voltas ionchuir, athróidh sé le himeacht ama nó le fachtóirí eile. Cruthaíonn an t-athrú seo go bhfuil an voltas tiomána a sholáthraíonn an ciorcad PWM don MOSFET éagobhsaí.

D'fhonn MOSFETanna a dhéanamh sábháilte faoi ardvoltais geata, tá rialtóirí voltais ionsuite ag go leor MOSFETanna chun aimplitiúid an voltais geata a theorannú go láidir. Sa chás seo, nuair a sháraíonn an voltas tiomána soláthraithe voltas an fheadáin rialtóra voltais, beidh sé ina chúis le tomhaltas cumhachta statach mór.

Ag an am céanna, má úsáideann tú ach prionsabal na rannán voltais fhriotóra chun an voltas geata a laghdú, oibreoidh an MOSFET go maith nuair a bhíonn an voltas ionchuir sách ard, ach nuair a laghdaítear an voltas ionchuir, ní bheidh an voltas geata leordhóthanach, is cúis le seoladh neamhiomlán, rud a mhéadaíonn tomhaltas cumhachta.

3. Iarratas voltas dé

I roinnt ciorcaid rialaithe, úsáideann an chuid loighic voltas digiteach 5V nó 3.3V tipiciúil, agus úsáideann an chuid cumhachta voltas 12V nó fiú níos airde. Tá an dá voltas ceangailte le talamh coitianta.

Ardaíonn sé seo ceanglas ciorcad a úsáid ionas gur féidir leis an taobh íseal-voltais an MOSFET a rialú go héifeachtach ar an taobh ardvoltais. Ag an am céanna, tabharfaidh an MOSFET ar an taobh ardvoltais aghaidh ar na fadhbanna a luaitear i 1 agus 2 freisin.

Sna trí chás seo, ní féidir leis an struchtúr cuaille totem na ceanglais aschuir a chomhlíonadh, agus ní cosúil go n-áirítear go leor IC tiománaithe MOSFET lasmuigh den seilf struchtúir teorannú voltais geata.

 

Mar sin dhear mé ciorcad réasúnta ginearálta chun na trí riachtanas seo a chomhlíonadh.

​

Ciorcad tiománaí do NMOS

Anseo ní dhéanfaidh mé ach anailís shimplí ar chiorcad tiománaí NMOS:

Is iad Vl agus Vh na soláthairtí cumhachta íseal-deireadh agus ard-deireadh faoi seach. Is féidir leis an dá voltas a bheith mar an gcéanna, ach níor chóir go mbeadh Vl níos mó ná Vh.

Cruthaíonn Q1 agus Q2 cuaille totem inbhéartaithe chun aonrú a bhaint amach agus a chinntiú nach dtéann an dá fheadán tiománaí Q3 agus Q4 ar siúl ag an am céanna.

Soláthraíonn R2 agus R3 an tagairt voltas PWM. Tríd an tagairt seo a athrú, is féidir an ciorcad a oibriú i riocht ina bhfuil tonnform comhartha PWM sách géar.

Úsáidtear Q3 agus Q4 chun sruth tiomána a sholáthar. Nuair a chuirtear ar siúl iad, ní bhíonn ach titim voltas íosta de Vce ag Q3 agus Q4 i gcoibhneas le Vh agus GND. De ghnáth ní bhíonn an titim voltais seo ach thart ar 0.3V, atá i bhfad níos ísle ná an Vce de 0.7V.

Is friotóirí aiseolais iad R5 agus R6, a úsáidtear chun voltas an gheata a shampláil. Gineann an voltas samplach aiseolas diúltach láidir chuig bunanna Q1 agus Q2 trí Q5, rud a chuireann teorainn leis an voltas geata go luach teoranta. Is féidir an luach seo a choigeartú trí R5 agus R6.

Ar deireadh, soláthraíonn R1 an bunteorainn reatha do Q3 agus Q4, agus soláthraíonn R4 an teorainn reatha geata don MOSFET, arb é teorainn an Oighir Q3 agus Q4 é. Más gá, is féidir toilleoir luasghéaraithe a nascadh go comhthreomhar le R4.

Soláthraíonn an ciorcad seo na gnéithe seo a leanas:

1. Bain úsáid as voltas íseal-taobh agus PWM chun an MOSFET ard-taobh a thiomáint.

2. Bain úsáid as comhartha PWM aimplitiúid beag chun MOSFET a thiomáint le ceanglais ardvoltais geata.

3. Teorainn bhuaic an voltas geata

4. Teorainneacha srutha ionchuir agus aschuir

5. Trí úsáid a bhaint as friotóirí cuí, is féidir tomhaltas cumhachta an-íseal a bhaint amach.

6. Tá an comhartha PWM inverted. Níl an ghné seo ag teastáil ó NMOS agus is féidir é a réiteach trí inverter a chur os comhair.

Agus feistí iniompartha agus táirgí gan sreang á ndearadh, tá dhá shaincheist a gcaithfidh dearthóirí aghaidh a thabhairt ar fheidhmíocht táirgí a fheabhsú agus saol na ceallraí a leathnú. Tá buntáistí ardéifeachtúlachta ag tiontairí DC-DC, sruth aschuir mór, agus sruth quiescent íseal, rud a fhágann go bhfuil siad an-oiriúnach chun feistí iniompartha a thiomáint. Faoi láthair, is iad seo a leanas na príomhthreochtaí i bhforbairt na teicneolaíochta dearadh tiontaire DC-DC: (1) Teicneolaíocht ard-minicíochta: De réir mar a mhéadaíonn an minicíocht aistrithe, laghdaítear méid an tiontaire lasc, tá an dlús cumhachta méadaithe go mór freisin, agus tá an freagra dinimiciúil feabhsaithe. . Ardóidh minicíocht aistrithe na dtiontairí DC-DC ísealchumhachta go dtí an leibhéal megahertz. (2) Teicneolaíocht voltas aschuir íseal: Le forbairt leanúnach na teicneolaíochta déantúsaíochta leathsheoltóra, tá voltas oibriúcháin microprocessors agus gléasanna leictreonacha iniompartha ag fáil níos ísle agus níos ísle, rud a éilíonn tiontairí DC-DC sa todhchaí chun voltas aschuir íseal a sholáthar chun oiriúnú do mhicreaphróiseálaithe. ceanglais maidir le próiseálaithe agus gléasanna leictreonacha iniompartha.

Chuir forbairt na dteicneolaíochtaí seo ceanglais níos airde ar aghaidh maidir le dearadh ciorcaid sliseanna cumhachta. Ar an gcéad dul síos, de réir mar a leanann an minicíocht lasc ag méadú, cuirtear ceanglais ard ar fheidhmíocht na n-eilimintí lasctha. Ag an am céanna, ní mór ciorcaid tiomána eilimint aistrithe comhfhreagracha a sholáthar chun a chinntiú go n-oibríonn na heilimintí lasctha de ghnáth ag minicíochtaí aistrithe suas go dtí MHz. Ar an dara dul síos, maidir le gléasanna leictreonacha iniompartha faoi thiomáint ceallraí, tá voltas oibre an chuaird íseal (ag glacadh le cadhnraí litiam mar shampla, is é 2.5 ~ 3.6V an voltas oibre), mar sin, tá voltas oibre an sliseanna cumhachta íseal.

 

Tá frithsheasmhacht an-íseal ag MOSFET agus ídíonn sé ísealfhuinneamh. Is minic a úsáidtear MOSFET mar lasc cumhachta i sliseanna DC-DC ard-éifeachtúlachta a bhfuil tóir orthu faoi láthair. Mar sin féin, mar gheall ar toilleas mór seadánacha MOSFET, tá toilleas geata feadáin lasctha NMOS i gcoitinne chomh hard leis na deich picfarads. Cuireann sé seo ceanglais níos airde ar aghaidh maidir le dearadh ciorcad tiomána feadáin lasctha tiontaire DC-DC minicíocht oibriúcháin ard.

I ndearaí ULSI íseal-voltais, tá éagsúlacht de chiorcaid loighce CMOS agus BiCMOS ag baint úsáide as struchtúir threisiú bootstrap agus ciorcaid tiomána mar ualaí móra capacitive. Is féidir leis na ciorcaid seo oibriú de ghnáth le voltas soláthair cumhachta níos ísle ná 1V, agus is féidir leo oibriú ar mhinicíocht na ndeicheanna megahertz nó fiú na céadta megahertz le toilleas ualaigh 1 go 2pF. Úsáideann an t-alt seo ciorcad treisithe bootstrap chun ciorcad tiomána a dhearadh le cumas tiomána toilleas ualaigh mór atá oiriúnach do thiontairí DC-DC treisithe ardvoltais ardvoltais. Tá an ciorcad deartha bunaithe ar phróiseas BiCMOS Samsung AHP615 agus fíoraithe ag insamhalta Hspice. Nuair a bhíonn an voltas soláthair 1.5V agus an toilleas ualaigh 60pF, is féidir leis an minicíocht oibriúcháin níos mó ná 5MHz a bhaint amach.

​

Saintréithe aistrithe MOSFET

​

1. Saintréithe statacha

Mar eilimint aistrithe, oibríonn MOSFET in dhá stát freisin: as nó ar siúl. Ós rud é gur comhpháirt rialaithe voltais é MOSFET, is é an voltas foinse geata uGS a chinneann a staid oibre go príomha.

 

Is iad seo a leanas na saintréithe oibre:

※ uGS＜ voltas cas ar UT: Oibríonn MOSFET sa limistéar scoite, is é 0 go bunúsach iDS sruth na foinse draein, an voltas aschuir uDS≈UDD, agus tá an MOSFET sa stát "as".

※ uGS> Voltas cas ar UT: Oibríonn MOSFET sa réigiún seolta, sruth foinse draein iDS=UDD/(RD+rDS). Ina measc, is é rDS an fhriotaíocht foinse draein nuair a chuirtear an MOSFET ar siúl. An voltas aschuir UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), más rud é rDS＜＜RD, uDS≈0V, tá an MOSFET sa staid "ar".

2. Saintréithe dinimiciúla

Tá próiseas aistrithe ag MOSFET freisin nuair a bhíonn sé ag aistriú idir stáit ar siúl agus as, ach braitheann a saintréithe dinimiciúla go príomha ar an am a theastaíonn chun an toilleas strae a bhaineann leis an gciorcad a mhuirearú agus a urscaoileadh, agus an carnadh agus an urscaoileadh muirir nuair a bhíonn an feadán féin ar siúl agus as. Tá an t-am diomailt an-bheag.

Nuair a athraíonn an voltas ionchuir ui ó ard go híseal agus nuair a athraíonn an MOSFET ón stát ar aghaidh go dtí an stát as, gearrann an soláthar cumhachta UDD an toilleas strae CL trí RD, agus an t-am muirir tairiseach τ1=RDCL. Dá bhrí sin, ní mór don voltas aschuir uo dul trí mhoill áirithe roimh athrú ó leibhéal íseal go leibhéal ard; nuair a athraíonn an voltas ionchuir ui ó íseal go hard agus nuair a athraíonn an MOSFET ón stát as go dtí an stát ar aghaidh, téann an muirear ar an toilleas strae CL trí rDS Scaoileadh tarlaíonn sé le tairiseach ama urscaoilte τ2≈rDSCL. Is féidir a fheiceáil go dteastaíonn moill áirithe ar an voltas aschuir Uo freisin sula bhféadfaidh sé aistriú go leibhéal íseal. Ach toisc go bhfuil rDS i bhfad níos lú ná RD, tá an t-am tiontaithe ó scoite go seoladh níos giorra ná an t-am tiontaithe ó sheoladh go scoite.

Ós rud é go bhfuil friotaíocht foinse draein rDS an MOSFET nuair a bhíonn sé curtha ar siúl i bhfad níos mó ná friotaíocht sáithiúcháin rCES an trasraitheora, agus tá friotaíocht draen seachtrach RD níos mó freisin ná friotaíocht bailitheoir RC an trasraitheora, an t-am muirir agus urscaoilte. den MOSFET níos faide, rud a fhágann go bhfuil an MOSFET níos ísle ná luas an trasraitheora. Mar sin féin, i gciorcaid CMOS, ós rud é go bhfuil an ciorcad muirir agus an ciorcad urscaoilte araon ciorcaid ísealfhriotaíochta, tá na próisis muirir agus urscaoilte sách tapa, rud a fhágann go bhfuil luas ard aistrithe ann don chiorcad CMOS.