Прежде всего, тип и структура МОП-транзистора.МОП-транзисторпредставляет собой полевой транзистор (другой - JFET), может быть изготовлен в усиленном или обедненном типе, P-канальном или N-канальном, всего четыре типа, но фактическое применение только улучшенных N-канальных МОП-транзисторов и улучшенных P-канальных МОП-транзисторов, поэтому обычно называемый NMOS или PMOS, относится к этим двум типам. Для этих двух типов улучшенных МОП-транзисторов чаще используется NMOS, причина в том, что сопротивление открытого состояния невелико и его легко изготовить. Поэтому NMOS обычно используется в импульсных источниках питания и приводах двигателей.
В следующем введении в большинстве случаев преобладает NMOS. Между тремя выводами МОП-транзистора существует паразитная емкость, которая не является необходимой, но возникает из-за ограничений производственного процесса. Наличие паразитной емкости несколько усложняет проектирование или выбор схемы драйвера. Между стоком и истоком стоит паразитный диод. Он называется корпусным диодом и важен для управления индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кстати, основной диод присутствует только в отдельных МОП-транзисторах и обычно не присутствует внутри микросхемы.
МОП-транзисторПотери на переключающей трубке, будь то NMOS или PMOS, после того, как существует проводимость сопротивления включения, так что ток будет потреблять энергию в этом сопротивлении, эта часть потребляемой энергии называется потерями проводимости. Выбор МОП-транзисторов с низким сопротивлением открытого состояния уменьшит потери на сопротивление открытого типа. В настоящее время сопротивление открытого состояния маломощных МОП-транзисторов обычно составляет около десятков миллиом, но также доступны несколько миллиом. МОП-транзисторы не должны быть завершены в одно мгновение, когда они включены и выключены. Существует процесс уменьшения напряжения при два конца МОП-транзистора, и происходит процесс увеличения тока, протекающего через него. В течение этого периода времени потери МОП-транзисторов являются произведением напряжения и тока, что называется потерями переключения. Обычно потери переключения намного больше, чем потери проводимости, и чем выше частота переключения, тем больше потери. Произведение напряжения и тока в момент проводимости очень велико, что приводит к большим потерям. Сокращение времени переключения снижает потери на каждом проводнике; уменьшение частоты переключений уменьшает количество переключений в единицу времени. Оба эти подхода уменьшают потери на переключение.
По сравнению с биполярными транзисторами обычно считается, что для создания тока не требуется ток.МОП-транзисторпроводить, пока напряжение GS превышает определенное значение. Это легко сделать, однако нам также нужна скорость. Как вы можете видеть в структуре МОП-транзистора, между GS и GD существует паразитная емкость, и управление МОП-транзистором, по сути, является зарядкой и разрядкой емкости. Для зарядки конденсатора требуется ток, поскольку мгновенная зарядка конденсатора может рассматриваться как короткое замыкание, поэтому мгновенный ток будет выше. Первое, на что следует обратить внимание при выборе/проектировании драйвера MOSFET, — это величина мгновенного тока короткого замыкания, который может быть обеспечен.
Второе, что следует отметить, это то, что обычно используемое в высокопроизводительных приводах NMOS напряжение затвора должно быть больше, чем напряжение истока. Высококачественный МОП-транзистор на напряжении истока и напряжении стока (VCC) одинаковый, поэтому напряжение затвора, чем у VCC, составляет 4 В или 10 В. если в той же системе, чтобы получить большее напряжение, чем VCC, нам нужно специализироваться на схеме повышения напряжения. Многие драйверы двигателей имеют встроенные зарядовые насосы. Важно отметить, что вам следует выбрать соответствующую внешнюю емкость, чтобы получить достаточный ток короткого замыкания для управления МОП-транзистором. 4В или 10В — это обычно используемый МОП-транзистор по напряжению, при проектировании, конечно, нужно иметь определенный запас. Чем выше напряжение, тем выше скорость во включенном состоянии и тем ниже сопротивление во включенном состоянии. Сейчас в различных областях используются также полевые МОП-транзисторы с меньшим напряжением в открытом состоянии, но в автомобильной электронной системе с напряжением 12 В обычно достаточно 4 В в открытом состоянии. Наиболее примечательной особенностью полевых МОП-транзисторов являются характеристики переключения товара, поэтому они широко используются в необходимость в электронных схемах переключения, таких как импульсный источник питания и привод двигателя, а также затемнение освещения. Проведение означает действие в качестве переключателя, что эквивалентно замыканию переключателя. Характеристики NMOS, Vgs, превышающее определенное значение, будет проводить, подходит для использования в случае, когда источник заземлен (низкий уровень привода), пока затвор напряжение 4 В или 10 В. Характеристики PMOS, Vgs меньше определенного значения, подходят для использования в случае, когда источник подключен к VCC (высококлассный привод). Однако, хотя PMOS можно легко использовать в качестве драйвера высокого класса, NMOS обычно используется в драйверах высокого класса из-за большого сопротивления в открытом состоянии, высокой цены и небольшого количества типов замены.
Теперь МОП-транзистор управляет низковольтными приложениями, при использовании источника питания 5 В, на этот раз, если вы используете традиционную структуру тотемного полюса, из-за падения напряжения на транзисторе около 0,7 В, что приводит к фактическому окончанию, добавляемому к затвору на напряжение составляет всего 4,3 В. На данный момент мы выбираем номинальное напряжение затвора МОП-транзистора 4,5 В исходя из наличия определенных рисков. Та же проблема возникает при использовании источника питания 3 В или другого низковольтного источника питания. Двойное напряжение используется в некоторых схемах управления, где в логической секции используется типичное цифровое напряжение 5 В или 3,3 В, а в силовой секции — 12 В или даже выше. Оба напряжения соединяются с помощью общей земли. Это накладывает требование на использование схемы, которая позволяет стороне низкого напряжения эффективно управлять МОП-транзистором на стороне высокого напряжения, в то время как МОП-транзистор на стороне высокого напряжения столкнется с теми же проблемами, упомянутыми в пунктах 1 и 2. Во всех трех случаях Структура тотемного полюса не может удовлетворить требования к выходу, и многие стандартные микросхемы драйверов MOSFET, по-видимому, не включают в себя структуру ограничения напряжения на затворе. Входное напряжение не является фиксированной величиной, оно меняется со временем или другими факторами. Это изменение приводит к тому, что напряжение возбуждения, подаваемое на МОП-транзистор через схему ШИМ, становится нестабильным. Чтобы защитить МОП-транзистор от высоких напряжений на затворе, многие МОП-транзисторы имеют встроенные регуляторы напряжения для принудительного ограничения амплитуды напряжения на затворе.
В этом случае, когда подаваемое напряжение возбуждения превышает напряжение стабилизатора, это приведет к большому статическому энергопотреблению. В то же время, если вы просто используете принцип резисторного делителя напряжения для уменьшения напряжения на затворе, произойдет относительное При высоком входном напряжении МОП-транзистор работает хорошо, в то время как входное напряжение снижается, когда напряжение на затворе недостаточно, чтобы вызвать недостаточно полную проводимость, что увеличивает энергопотребление.
Относительно общая схема здесь только для схемы драйвера NMOS для проведения простого анализа: Vl и Vh — это источники питания низкого и высокого класса, соответственно, два напряжения могут быть одинаковыми, но Vl не должно превышать Vh. Q1 и Q2 образуют перевернутый тотемный столб, используемый для обеспечения изоляции и в то же время для обеспечения того, чтобы две лампы драйвера Q3 и Q4 не были включены одновременно. R2 и R3 обеспечивают опорное напряжение ШИМ, и, изменяя это опорное значение, вы можете заставить схему работать хорошо, а напряжения на затворе будет недостаточно, чтобы вызвать тщательную проводимость, что приведет к увеличению энергопотребления. R2 и R3 обеспечивают опорное напряжение ШИМ. Изменяя это опорное значение, вы можете позволить схеме работать в относительно крутом и прямолинейном положении сигнала ШИМ. Q3 и Q4 используются для обеспечения тока возбуждения из-за времени включения, Q3 и Q4 относительно Vh и GND составляют лишь минимум падения напряжения Vce, это падение напряжения обычно составляет всего 0,3 В или около того, что намного ниже. чем 0,7 В Vce R5 и R6 являются резисторами обратной связи для выборки напряжения затвора. После выборки напряжения напряжение затвора используется в качестве резистора обратной связи для напряжения затвора, а напряжение выборки используется для напряжения затвора. R5 и R6 — резисторы обратной связи, используемые для выборки напряжения на затворе, которое затем проходит через Q5 для создания сильной отрицательной обратной связи на базах Q1 и Q2, тем самым ограничивая напряжение затвора до конечного значения. Это значение можно регулировать с помощью R5 и R6. Наконец, R1 обеспечивает ограничение тока базы Q3 и Q4, а R4 обеспечивает ограничение тока затвора полевых МОП-транзисторов, что является ограничением Ice Q3Q4. При необходимости ускорительный конденсатор можно подключить параллельно выше R4.
При разработке портативных устройств и беспроводных продуктов улучшение производительности продукта и увеличение времени работы от батареи — это две проблемы, с которыми должны столкнуться проектировщики. Преобразователи постоянного тока обладают преимуществами высокой эффективности, высокого выходного тока и низкого тока покоя, которые очень подходят для питания портативных устройств. устройства.
Преобразователи постоянного тока обладают такими преимуществами, как высокая эффективность, высокий выходной ток и низкий ток покоя, что очень подходит для питания портативных устройств. В настоящее время к основным тенденциям развития технологии проектирования преобразователей постоянного тока относятся: высокочастотная технология: с увеличением частоты коммутации уменьшаются и размеры переключающего преобразователя, значительно увеличивается удельная мощность, а динамические характеристики реакция улучшилась. Маленький
Частота переключения силового DC-DC преобразователя поднимется до уровня мегагерц. Технология низкого выходного напряжения: с постоянным развитием технологии производства полупроводников рабочее напряжение микропроцессоров и портативного электронного оборудования становится все ниже и ниже, что требует, чтобы будущий преобразователь постоянного тока мог обеспечить низкое выходное напряжение для адаптации к микропроцессору и портативному электронному оборудованию, которое требуется будущий преобразователь постоянного тока в постоянный, который может обеспечить низкое выходное напряжение для адаптации к микропроцессору.
Достаточно для обеспечения низкого выходного напряжения для адаптации к микропроцессорам и портативному электронному оборудованию. Эти технологические разработки выдвигают более высокие требования к проектированию схем питания микросхем. Прежде всего, с увеличением частоты коммутации выдвигается на первый план производительность коммутационных компонентов.
Высокие требования к характеристикам переключающего элемента, и он должен иметь соответствующую схему управления переключающим элементом, чтобы гарантировать, что переключающий элемент имеет частоту переключения до уровня мегагерц при нормальной работе. Во-вторых, для портативных электронных устройств с батарейным питанием рабочее напряжение схемы низкое (например, в случае литиевых батарей).
Литиевые батареи, например, рабочее напряжение 2,5 ~ 3,6 В), поэтому чип источника питания рассчитан на более низкое напряжение.
MOSFET имеет очень низкое сопротивление включения, низкое энергопотребление, в нынешнем популярном высокоэффективном чипе постоянного тока больше MOSFET в качестве переключателя мощности. Однако из-за большой паразитной емкости МОП-транзисторов. Это предъявляет повышенные требования к проектированию схем драйверов переключающих ламп при создании преобразователей постоянного тока высокой рабочей частоты. Существуют различные логические схемы КМОП, БиКМОП, использующие структуру повышения напряжения и схемы драйвера в качестве больших емкостных нагрузок в низковольтной конструкции ULSI. Эти схемы способны правильно работать в условиях напряжения питания менее 1 В, а также могут работать в условиях емкости нагрузки 1 ~ 2 пФ, частота может достигать десятков мегабит или даже сотен мегагерц. В этой статье схема повышения бутстрапа используется для разработки возможности управления большой нагрузочной емкостью, подходящей для схемы управления повышающим преобразователем постоянного тока с низким напряжением и высокой частотой переключения. Низкое напряжение и ШИМ для управления высокопроизводительными МОП-транзисторами. ШИМ-сигнал небольшой амплитуды для удовлетворения требований к высокому напряжению затвора МОП-транзисторов.
Время публикации: 12 апреля 2024 г.
