Duży obwód sterownika MOSFET

Po pierwsze, typ i struktura MOSFET-u, MOSFET to FET (inny to JFET), może być produkowany w formie ulepszonej lub wyczerpanej, z kanałem P lub kanałem N, w sumie cztery typy, ale rzeczywiste zastosowanie tylko ulepszonego N -kanałowe MOSFETy i ulepszone tranzystory MOSFET z kanałem P, więc zwykle określane jako NMOSFET lub PMOSFET odnosi się do tak zwykle wspominanego NMOSFET, lub PMOSFET odnosi się do tych dwóch rodzajów. W przypadku tych dwóch typów ulepszonych tranzystorów MOSFET częściej stosuje się NMOSFET ze względu na ich niską rezystancję włączenia i łatwość produkcji. Dlatego też NMOSFET są powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych i napędach silników, a poniższe wprowadzenie skupia się również na NMOSFET-ach. Pomiędzy trzema pinami układu istnieje pasożytnicza pojemnośćMOSFET, co nie jest potrzebne, ale raczej ze względu na ograniczenia procesu produkcyjnego. Obecność pasożytniczej pojemności sprawia, że ​​zaprojektowanie lub wybór obwodu sterownika jest nieco trudne. 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 w pojedynczych tranzystorach MOSFET i zwykle nie jest obecna w układzie scalonym.

TerazMOSFETnapędza aplikacje niskonapięciowe, gdy używany jest zasilacz 5 V, tym razem jeśli używasz tradycyjnej konstrukcji bieguna totemu, ze względu na spadek napięcia na tranzystorze o około 0,7 V, w wyniku czego rzeczywiste napięcie końcowe dodane do bramki wynosi tylko 4,3 V. W tym momencie wybieramy nominalne napięcie bramki 4,5 V MOSFET-u ze względu na istnienie pewnych zagrożeń. Ten sam problem występuje w przypadku korzystania z zasilania 3 V lub innego źródła zasilania o niskim napięciu. W niektórych obwodach sterujących stosowane jest podwójne napięcie, gdzie sekcja logiczna wykorzystuje typowe napięcie cyfrowe 5 V lub 3,3 V, a sekcja mocy wykorzystuje napięcie 12 V lub nawet wyższe. Obydwa napięcia są połączone wspólną masą. Nakłada to wymóg stosowania obwodu, który umożliwia stronie niskiego napięcia skuteczne sterowanie MOSFET-em po stronie wysokiego napięcia, podczas gdy MOSFET po stronie wysokiego napięcia będzie napotykał te same problemy, o których mowa w punktach 1 i 2.

We wszystkich trzech przypadkach struktura bieguna totemu nie jest w stanie spełnić wymagań wyjściowych, a wiele gotowych układów scalonych sterowników MOSFET nie wydaje się zawierać struktury ograniczającej napięcie bramki. Napięcie wejściowe nie jest wartością stałą, zmienia się w czasie lub innymi czynnikami. Ta zmiana powoduje, że napięcie sterujące dostarczane do MOSFET-u przez obwód PWM jest niestabilne. Aby zabezpieczyć MOSFET przed wysokimi napięciami bramki, wiele tranzystorów MOSFET ma wbudowane regulatory napięcia, które silnie ograniczają amplitudę napięcia bramki. W tym przypadku, gdy napięcie napędu będzie większe niż regulator napięcia, spowoduje to jednocześnie duży pobór mocy statycznej. Jeśli po prostu zastosujesz zasadę rezystorowego dzielnika napięcia w celu zmniejszenia napięcia bramki, wystąpi stosunkowo wysoki napięcie wejściowe, tzwMOSFETdziała dobrze, podczas gdy napięcie wejściowe jest zmniejszane, gdy napięcie bramki jest niewystarczające, aby spowodować niecałkowite przewodzenie, zwiększając w ten sposób zużycie energii.

Stosunkowo powszechny obwód tutaj, tylko dla obwodu sterownika NMOSFET, aby przeprowadzić prostą analizę: Vl i Vh to zasilacze z niższej i wyższej półki, oba napięcia mogą być takie same, ale Vl nie powinno przekraczać Vh. Q1 i Q2 tworzą odwrócony biegun totemu, używany do realizacji izolacji, a jednocześnie do zapewnienia, że ​​dwie lampy sterujące Q3 i Q4 nie będą przewodzone w tym samym czasie. R2 i R3 zapewniają napięcie PWM R2 i R3 zapewniają napięcie odniesienia PWM, zmieniając to odniesienie, można pozwolić, aby obwód pracował w kształcie fali sygnału PWM w stosunkowo stromym i prostym położeniu. Q3 i Q4 służą do zapewnienia prądu napędu, ze względu na czas włączenia, Q3 i Q4 w stosunku do Vh i GND stanowią jedynie minimum spadku napięcia Vce, ten spadek napięcia wynosi zwykle około 0,3 V, znacznie mniej niż 0,7 V Vce R5 i R6 to rezystory sprzężenia zwrotnego stosowane w bramce R5 i R6 to rezystory sprzężenia zwrotnego używane do próbkowania napięcia bramki, które jest następnie przepuszczane przez tranzystor Q5 w celu wygenerowania silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego na podstawie Q1 i Q2, ograniczając w ten sposób napięcie bramki do wartości skończonej. Wartość tę można regulować za pomocą R5 i R6. Wreszcie R1 zapewnia ograniczenie prądu bazowego do Q3 i Q4, a R4 zapewnia ograniczenie prądu bramki do tranzystorów MOSFET, co jest ograniczeniem lodu Q3Q4. W razie potrzeby kondensator przyspieszający można podłączyć równolegle nad R4.