Jak działają ulepszone tranzystory MOSFET

Projektując zasilacz impulsowy lub obwód napędu silnika z wykorzystaniem hermetyzowanych tranzystorów MOSFET, większość ludzi bierze pod uwagę rezystancję włączenia tranzystora MOS, maksymalne napięcie itp., maksymalny prąd itp., a wielu bierze pod uwagę tylko te czynniki. Takie obwody mogą działać, ale nie są doskonałe i nie są dozwolone jako formalne projekty produktów.

Poniżej znajduje się małe podsumowanie podstaw MOSFET-u iMOSFETobwody sterownika, o których odnoszę się do szeregu źródeł, nie wszystkie oryginalne. Obejmuje wprowadzenie tranzystorów MOSFET, charakterystyki, obwodów napędowych i aplikacyjnych. Opakowanie Typy MOSFET i złącza MOSFET to FET (inny JFET), mogą być produkowane w postaci wzmocnionej lub wyczerpanej, z kanałem P lub kanałem N, w sumie cztery typy, ale rzeczywiste zastosowanie dotyczy tylko ulepszonego MOSFET-u z kanałem N i ulepszonego P -kanałowy MOSFET, dlatego zwykle określany jako NMOS lub PMOS odnosi się do tych dwóch rodzajów.

Jeśli chodzi o to, dlaczego nie używać tranzystorów MOSFET typu wyczerpanego, nie zaleca się docierania do sedna problemu. W przypadku tych dwóch typów wzmacniających tranzystorów MOSFET częściej stosuje się NMOS ze względu na jego niską rezystancję włączenia i łatwość produkcji. Zatem przełączanie zasilaczy i napędów silnikowych zazwyczaj wykorzystuje NMOS. poniższe wprowadzenie, ale także więcejNMOS-na podstawie.

Tranzystory MOSFET mają pasożytniczą pojemność pomiędzy trzema pinami, która nie jest konieczna, ale wynika z ograniczeń procesu produkcyjnego. Istnienie pojemności pasożytniczej w projekcie lub doborze obwodu sterującego może być pewnym problemem, którego jednak nie da się uniknąć, a następnie szczegółowo opisać. Jak widać na schemacie MOSFET-u, pomiędzy drenem a źródłem znajduje się dioda pasożytnicza.

Nazywa się to diodą korpusu i odgrywa ważną rolę w sterowaniu obciążeniami indukcyjnymi, takimi jak silniki. Nawiasem mówiąc, dioda korpusu występuje tylko indywidualnieMOSFETyi zwykle nie występuje wewnątrz układu scalonego. MOSFET ON Charakterystyka Włącz oznacza działanie jako przełącznik, co jest równoznaczne z zamknięciem przełącznika.

Charakterystyka NMOS, przewodzi Vgs większe od określonej wartości, odpowiednie do stosowania w przypadku, gdy źródło jest uziemione (napęd low-end), o ile napięcie bramki wynosi 4V lub 10V. Charakterystyka PMOS, przewodzi Vgs poniżej określonej wartości, odpowiednia do stosowania w przypadku, gdy źródło jest podłączone do VCC (napęd wysokiej klasy). Jednakże, chociaż PMOS może być z łatwością używany jako sterownik wysokiej klasy, NMOS jest zwykle używany w sterownikach wysokiej klasy ze względu na dużą rezystancję włączenia, wysoką cenę i niewielką liczbę typów zamienników.

Opakowanie Strata w lampie przełączającej MOSFET, niezależnie od tego, czy jest to NMOS, czy PMOS, po przewodzeniu istnieje rezystancja włączenia, więc prąd będzie zużywał energię w tym oporze, ta część zużytej energii nazywana jest stratą przewodzenia. Wybór MOSFET-u z małą rezystancją włączenia zmniejszy straty przewodzenia. Obecnie rezystancja włączenia tranzystora MOSFET małej mocy wynosi zazwyczaj około kilkudziesięciu miliomów, ale dostępnych jest również kilka miliomów. Układ MOS nie może zostać ukończony w jednej chwili, gdy przewodzi i zostaje odcięty. Napięcie po obu stronach tranzystora MOS ma proces maleje, a przepływający przez niego prąd rośnie. W tym czasie strata MOSFET-u jest iloczynem napięcia i prądu, co nazywa się stratą przełączania. Zwykle strata przełączania jest znacznie większa niż strata przewodzenia, a im większa częstotliwość przełączania, tym większa strata. Iloczyn napięcia i prądu w chwili przewodzenia jest bardzo duży, co powoduje duże straty.

Skrócenie czasu przełączania zmniejsza straty przy każdym przewodzeniu; zmniejszenie częstotliwości przełączania zmniejsza liczbę przełączeń w jednostce czasu. Obydwa te podejścia mogą zmniejszyć straty przełączania. Iloczyn napięcia i prądu w chwili przewodzenia jest duży, a wynikające z tego straty są również duże. Skrócenie czasu przełączania może zmniejszyć straty przy każdym przewodzeniu; zmniejszenie częstotliwości przełączania może zmniejszyć liczbę przełączeń w jednostce czasu. Obydwa te podejścia mogą zmniejszyć straty przełączania. Sterowanie W porównaniu z tranzystorami bipolarnymi, ogólnie uważa się, że do włączenia obudowanego MOSFET-u nie jest wymagany żaden prąd, o ile napięcie GS przekracza pewną wartość. Jest to łatwe do zrobienia, jednak potrzebujemy również szybkości. Strukturę kapsułkowanego MOSFET-u można zobaczyć w obecności pasożytniczej pojemności pomiędzy GS, GD, a sterowanie MOSFET-em polega w rzeczywistości na ładowaniu i rozładowywaniu pojemności. Ładowanie kondensatora wymaga prądu, ponieważ natychmiastowe ładowanie kondensatora można uznać za zwarcie, więc chwilowy prąd będzie większy. Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę przy wyborze/projektowaniu sterownika MOSFET, jest wielkość chwilowego prądu zwarciowego, jaki można zapewnić.

Drugą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że napięcie bramki włączenia czasu, powszechnie stosowane w wysokiej klasy napędach NMOS, musi być większe niż napięcie źródła. Wysokiej klasy napięcie źródła przewodzenia MOSFET i napięcie drenu (VCC) są takie same, więc napięcie bramki niż VCC wynosi 4 V lub 10 V. Jeśli w tym samym systemie, aby uzyskać większe napięcie niż VCC, musimy się wyspecjalizować obwody wzmacniające. Wiele sterowników silników ma zintegrowane pompy ładujące. Należy pamiętać, że należy wybrać odpowiednią pojemność zewnętrzną, aby uzyskać wystarczający prąd zwarciowy do napędzania MOSFET-u. W stanie włączenia napięcia MOSFET powszechnie stosuje się napięcie 4 V lub 10 V, oczywiście projekt musi mieć pewien margines. Im wyższe napięcie, tym większa prędkość w stanie włączenia i niższa rezystancja w stanie włączenia. Obecnie w różnych dziedzinach stosowane są tranzystory MOSFET o mniejszym napięciu w stanie włączenia, ale w układach elektroniki samochodowej 12 V zwykle wystarcza napięcie w stanie włączenia 4 V. Obwód napędowy MOSFET i jego utrata.