ठूलो प्याकेज MOSFET चालक सर्किट

सबै भन्दा पहिले, MOSFET प्रकार र संरचना,MOSFETFET हो (अर्को JFET हो), यसलाई परिष्कृत वा डिप्लेसन प्रकार, P- च्यानल वा N- च्यानल कुल चार प्रकारमा निर्मित गर्न सकिन्छ, तर मात्र परिष्कृत N- च्यानल MOSFETs र परिष्कृत P- च्यानल MOSFETs को वास्तविक अनुप्रयोग, त्यसैले सामान्यतया NMOS वा PMOS भनिन्छ यी दुई प्रकारलाई जनाउँछ। यी दुई प्रकारका परिष्कृत MOSFETs को लागि, अधिक सामान्य रूपमा प्रयोग गरिएको NMOS हो, कारण यो हो कि अन-प्रतिरोध सानो छ, र निर्माण गर्न सजिलो छ। तसर्थ, NMOS सामान्यतया विद्युत आपूर्ति र मोटर ड्राइभ अनुप्रयोगहरू स्विच गर्न प्रयोग गरिन्छ।

निम्न परिचयमा, अधिकांश केसहरू NMOS द्वारा हावी छन्। MOSFET को तीन पिनहरू बीच परजीवी क्यापेसिटन्स अवस्थित छ, एक सुविधा जुन आवश्यक छैन तर निर्माण प्रक्रिया सीमितताहरूको कारण उत्पन्न हुन्छ। परजीवी क्यापेसिटन्सको उपस्थितिले ड्राइभर सर्किट डिजाइन वा चयन गर्न अलि गाह्रो बनाउँछ। त्यहाँ नाली र स्रोत बीच एक परजीवी डायोड छ। यसलाई शरीर डायोड भनिन्छ र मोटरहरू जस्तै आगमनात्मक भारहरू चलाउन महत्त्वपूर्ण छ। वैसे, शरीर डायोड व्यक्तिगत MOSFET मा मात्र उपस्थित छ र सामान्यतया IC चिप भित्र उपस्थित छैन।

 

MOSFETस्विचिंग ट्यूब नोक्सान, चाहे यो NMOS होस् वा PMOS, अन-रेजिस्टेन्सको कन्डक्शन पछि, वर्तमानले यस प्रतिरोधमा ऊर्जा खपत गर्दछ, खपत गरिएको ऊर्जाको यो भागलाई कन्डक्शन हानि भनिन्छ। कम अन-प्रतिरोधका साथ MOSFETs को चयनले अन-प्रतिरोध घाटा कम गर्नेछ। आजकल, कम-शक्ति MOSFET को अन-प्रतिरोध सामान्यतया दशौं मिलिहोमको वरिपरि छ, र केहि मिलिओमहरू पनि उपलब्ध छन्। MOSFET हरू एकैछिनमा पूरा हुनु हुँदैन जब तिनीहरू अन र अफ हुन्छन्। त्यहाँ भोल्टेज घटाउने प्रक्रिया हुन्छ। MOSFET को दुई छेउमा, र त्यहाँ यस मार्फत प्रवाह प्रवाह बढाउने एक प्रक्रिया छ। समय को यो अवधि मा, MOSFET को हानि भोल्टेज र वर्तमान को उत्पादन हो, जसलाई स्विचन घाटा भनिन्छ। सामान्यतया स्विचिङ घाटा प्रवाहक हानि भन्दा धेरै ठूलो छ, र छिटो स्विच आवृत्ति, ठूलो हानि। प्रवाहको तुरुन्तमा भोल्टेज र वर्तमानको उत्पादन धेरै ठूलो छ, परिणामस्वरूप ठूलो घाटा हुन्छ। स्विचिङ समय छोटो पार्दा प्रत्येक प्रवाहमा हुने हानि कम हुन्छ; स्विचिङ फ्रिक्वेन्सी घटाउँदा प्रति एकाइ समय स्विचहरूको संख्या कम हुन्छ। यी दुवै दृष्टिकोणले स्विचिङ घाटा कम गर्दछ।

द्विध्रुवी ट्रान्जिस्टरहरूको तुलनामा, यो सामान्यतया विश्वास गरिन्छ कि ए बनाउन कुनै वर्तमान आवश्यक छैनMOSFETआचरण, जबसम्म GS भोल्टेज एक निश्चित मान भन्दा माथि छ। यो गर्न सजिलो छ, तथापि, हामीलाई गति पनि चाहिन्छ। तपाईले MOSFET को संरचनामा देख्न सक्नुहुन्छ, GS, GD को बीचमा परजीवी क्यापेसिटन्स छ, र MOSFET को ड्राइभिङ, प्रभावमा, क्यापेसिटन्सको चार्ज र डिस्चार्ज हो। क्यापेसिटर चार्ज गर्न करेन्ट चाहिन्छ, किनकि क्यापेसिटरलाई तुरुन्तै चार्ज गर्दा सर्ट सर्किटको रूपमा देख्न सकिन्छ, त्यसैले तात्कालिक करन्ट बढी हुनेछ। MOSFET ड्राइभर छनोट/डिजाइन गर्दा ध्यान दिनुपर्ने पहिलो कुरा तात्कालिक सर्ट-सर्किट वर्तमानको आकार हो जुन प्रदान गर्न सकिन्छ।

ध्यान दिनुपर्ने दोस्रो कुरा यो हो कि, सामान्यतया उच्च-अन्त ड्राइभ NMOS मा प्रयोग गरिन्छ, अन-टाइम गेट भोल्टेज स्रोत भोल्टेज भन्दा ठूलो हुन आवश्यक छ। उच्च-अन्त ड्राइभ MOSFET मा स्रोत भोल्टेज र ड्रेन भोल्टेज (VCC) उस्तै छ, त्यसैले VCC 4V वा 10V भन्दा गेट भोल्टेज। यदि एउटै प्रणालीमा, VCC भन्दा ठूलो भोल्टेज प्राप्त गर्न, हामीले बुस्ट सर्किटमा विशेषज्ञता हासिल गर्न आवश्यक छ। धेरै मोटर चालकहरूले चार्ज पम्पहरू एकीकृत गरेका छन्, यो नोट गर्न महत्त्वपूर्ण छ कि तपाईंले MOSFET चलाउनको लागि पर्याप्त सर्ट-सर्किट वर्तमान प्राप्त गर्न उपयुक्त बाह्य क्यापेसिटन्स छनौट गर्नुपर्छ। 4V वा 10V भोल्टेजमा सामान्यतया प्रयोग हुने MOSFET हो, निश्चित रूपमा डिजाइन, तपाइँसँग निश्चित मार्जिन हुन आवश्यक छ। भोल्टेज जति उच्च हुन्छ, अन-स्टेट गति त्यति नै छिटो र अन-स्टेट प्रतिरोध कम हुन्छ। अब त्यहाँ साना अन-स्टेट भोल्टेज MOSFET हरू पनि विभिन्न क्षेत्रहरूमा प्रयोग गरिन्छ, तर 12V अटोमोटिभ इलेक्ट्रोनिक्स प्रणालीमा, सामान्यतया 4V अन-स्टेट पर्याप्त हुन्छ। MOSFET को सबैभन्दा उल्लेखनीय विशेषता भनेको राम्रोको स्विचिंग विशेषताहरू हो, त्यसैले यसलाई व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। विद्युत आपूर्ति र मोटर ड्राइभ स्विच गर्ने जस्ता इलेक्ट्रोनिक स्विचिङ सर्किटहरूको आवश्यकता छ, तर प्रकाश डिमिङ पनि। कन्डक्ट गर्नु भनेको स्विचको रूपमा काम गर्नु हो, जुन स्विच क्लोजरको बराबर हो। NMOS विशेषताहरू, निश्चित मानभन्दा ठूलो Vgs ले सञ्चालन गर्नेछ, स्रोत ग्राउन्ड भएको अवस्थामा प्रयोगको लागि उपयुक्त (लो-एन्ड ड्राइभ), गेटसम्म 4V वा 10V को भोल्टेज। PMOS विशेषताहरू, एक निश्चित मान भन्दा कम Vgs सञ्चालन हुनेछ, स्रोत VCC (उच्च-अन्त ड्राइभ) मा जडान भएको अवस्थामा प्रयोगको लागि उपयुक्त। यद्यपि, PMOS लाई हाई एन्ड ड्राइभरको रूपमा सजिलै प्रयोग गर्न सकिन्छ, NMOS सामान्यतया ठूलो अन-प्रतिरोध, उच्च मूल्य, र केहि प्रतिस्थापन प्रकारहरूको कारणले उच्च अन्त ड्राइभरहरूमा प्रयोग गरिन्छ।

अब MOSFET ड्राइभ कम-भोल्टेज अनुप्रयोगहरू, जब 5V पावर सप्लाई प्रयोग गर्दा, यस पटक यदि तपाइँ परम्परागत टोटेम पोल संरचना प्रयोग गर्नुहुन्छ भने, ट्रान्जिस्टरको कारणले लगभग 0.7V भोल्टेज ड्रप हुन सक्छ, परिणामस्वरूप वास्तविक अन्तिममा गेटमा थपियो। भोल्टेज मात्र 4.3 V छ। यस समयमा, हामी निश्चित जोखिमहरूको अस्तित्वमा MOSFET को 4.5V को नाममात्र गेट भोल्टेज छनोट गर्छौं। 3V वा अन्य कम भोल्टेज बिजुली आपूर्ति अवसरहरूको प्रयोगमा उस्तै समस्या हुन्छ। दोहोरो भोल्टेज केही नियन्त्रण सर्किटहरूमा प्रयोग गरिन्छ जहाँ तर्क खण्डले सामान्य 5V वा 3.3V डिजिटल भोल्टेज प्रयोग गर्दछ र पावर खण्डले 12V वा अझ माथिको प्रयोग गर्दछ। दुई भोल्टेजहरू साझा जमीन प्रयोग गरेर जोडिएका छन्। यसले कम भोल्टेज पक्षलाई उच्च भोल्टेज पक्षमा MOSFET लाई प्रभावकारी रूपमा नियन्त्रण गर्न अनुमति दिने सर्किट प्रयोग गर्न आवश्यक पर्दछ, जबकि उच्च भोल्टेज पक्षमा MOSFET ले १ र २ मा उल्लेख गरिएका समान समस्याहरूको सामना गर्नेछ। तीनवटै अवस्थामा, टोटेम पोल संरचनाले आउटपुट आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन, र धेरै अफ-द-शेल्फ MOSFET ड्राइभर आईसीहरूले गेट भोल्टेज सीमित संरचना समावेश गरेको देखिँदैन। इनपुट भोल्टेज एक निश्चित मान होइन, यो समय वा अन्य कारकहरु संग भिन्न हुन्छ। यो भिन्नताले PWM सर्किटद्वारा MOSFET लाई प्रदान गरिएको ड्राइभ भोल्टेजलाई अस्थिर बनाउँछ। MOSFET लाई उच्च गेट भोल्टेजहरूबाट सुरक्षित बनाउनको लागि, धेरै MOSFETहरूले गेट भोल्टेजको आयामलाई बलपूर्वक सीमित गर्न निर्मित भोल्टेज नियामकहरू छन्।

 

यस अवस्थामा, जब प्रदान गरिएको ड्राइभ भोल्टेज नियामकको भोल्टेज भन्दा बढि हुन्छ, यसले ठूलो स्थिर शक्ति खपत निम्त्याउँछ एकै समयमा, यदि तपाइँ केवल गेट भोल्टेज कम गर्न प्रतिरोधक भोल्टेज डिभाइडरको सिद्धान्त प्रयोग गर्नुहुन्छ भने, त्यहाँ अपेक्षाकृत हुनेछ। उच्च इनपुट भोल्टेज, MOSFET ले राम्रोसँग काम गर्दछ, जबकि इनपुट भोल्टेज कम हुन्छ जब गेट भोल्टेज अपर्याप्त रूपमा पूर्ण प्रवाहको कारणले अपर्याप्त हुन्छ, यसरी शक्ति खपत बढ्छ।

यहाँ NMOS ड्राइभर सर्किटको लागि मात्र एक साधारण विश्लेषण गर्न अपेक्षाकृत सामान्य सर्किट: Vl र Vh क्रमशः निम्न-अन्त र उच्च-अन्तको पावर सप्लाई हुन्, दुई भोल्टेजहरू समान हुन सक्छन्, तर Vl Vh भन्दा बढी हुनु हुँदैन। Q1 र Q2 ले एक उल्टो टोटेम पोल बनाउँदछ, अलगाव प्राप्त गर्न प्रयोग गरिन्छ, र एकै समयमा दुई ड्राइभर ट्यूबहरू Q3 र Q4 एकै समयमा अन हुनेछैनन् भनेर सुनिश्चित गर्न। R2 र R3 ले PWM भोल्टेज सन्दर्भ प्रदान गर्दछ, र यो सन्दर्भ परिवर्तन गरेर, तपाइँ सर्किटलाई राम्रोसँग काम गर्न सक्नुहुन्छ, र गेट भोल्टेज पूर्ण प्रवाहको कारण पर्याप्त छैन, यसरी बिजुली खपत बढ्छ। R2 र R3 ले PWM भोल्टेज सन्दर्भ प्रदान गर्दछ, यो सन्दर्भ परिवर्तन गरेर, तपाईंले PWM संकेत तरंगमा सर्किट काम गर्न दिन सक्नुहुन्छ अपेक्षाकृत ठाडो र सीधा स्थिति। Q3 र Q4 ड्राइभ वर्तमान प्रदान गर्न प्रयोग गरिन्छ, समय-समयमा, Vh र GND को सापेक्ष Q3 र Q4 Vce भोल्टेज ड्रपको न्यूनतम मात्र हो, यो भोल्टेज ड्रप सामान्यतया 0.3V वा सो भन्दा कम हुन्छ। 0.7V भन्दा Vce R5 र R6 गेट भोल्टेज नमूनाका लागि प्रतिक्रिया प्रतिरोधकहरू हुन्, भोल्टेज नमूना लिएपछि, गेटको भोल्टेज गेट भोल्टेजमा प्रतिक्रिया प्रतिरोधकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र नमूनाको भोल्टेज गेट भोल्टेजमा प्रयोग गरिन्छ। R5 र R6 गेट भोल्टेज नमूना गर्न प्रयोग गरिने प्रतिक्रिया प्रतिरोधकहरू हुन्, जुन Q1 र Q2 को आधारहरूमा बलियो नकारात्मक प्रतिक्रिया सिर्जना गर्न Q5 मार्फत पारित गरिन्छ, यसरी गेट भोल्टेजलाई सीमित मानमा सीमित गर्दछ। यो मान R5 र R6 द्वारा समायोजित गर्न सकिन्छ। अन्तमा, R1 ले Q3 र Q4 मा आधार प्रवाहको सीमा प्रदान गर्दछ, र R4 ले MOSFETs लाई गेट करन्टको सीमा प्रदान गर्दछ, जुन Q3Q4 को बरफको सीमा हो। एक एक्सेलेरेशन क्यापेसिटर आवश्यक भएमा R4 माथि समानान्तरमा जडान गर्न सकिन्छ।                                         

पोर्टेबल उपकरणहरू र वायरलेस उत्पादनहरू डिजाइन गर्दा, उत्पादन प्रदर्शन सुधार र ब्याट्री सञ्चालन समय विस्तार गर्न डिजाइनरहरूले सामना गर्नुपर्ने दुईवटा मुद्दाहरू हुन्। DC-DC कन्भर्टरहरूमा उच्च दक्षता, उच्च आउटपुट वर्तमान र कम शान्त वर्तमानको फाइदाहरू छन्, जुन पोर्टेबल पावर गर्नका लागि धेरै उपयुक्त छन्। उपकरणहरू।

DC-DC कन्भर्टरहरूमा उच्च दक्षता, उच्च आउटपुट वर्तमान र कम शान्त वर्तमानको फाइदाहरू छन्, जुन पोर्टेबल उपकरणहरू पावर गर्नका लागि धेरै उपयुक्त छन्। हाल, DC-DC कन्भर्टर डिजाइन टेक्नोलोजीको विकासमा मुख्य प्रवृत्तिहरू समावेश छन्: उच्च-फ्रिक्वेन्सी टेक्नोलोजी: स्विचिंग फ्रिक्वेन्सीमा बृद्धिसँगै, स्विचिंग कन्भर्टरको आकार पनि घटाइएको छ, पावर घनत्व उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ, र गतिशील प्रतिक्रिया सुधारिएको छ। सानो

पावर DC-DC कन्भर्टर स्विचिङ फ्रिक्वेन्सी मेगाहर्ट्ज स्तरमा बढ्नेछ। कम आउटपुट भोल्टेज टेक्नोलोजी: सेमीकन्डक्टर उत्पादन प्रविधिको निरन्तर विकासको साथ, माइक्रोप्रोसेसरहरू र पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू सञ्चालन भोल्टेज कम र कम हुँदै गइरहेको छ, जसलाई भविष्यको DC-DC कन्भर्टरले माइक्रोप्रोसेसर र पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा अनुकूलन गर्न कम आउटपुट भोल्टेज प्रदान गर्न सक्छ। भविष्यको DC-DC कन्भर्टरले माइक्रोप्रोसेसरमा अनुकूलन गर्न कम आउटपुट भोल्टेज प्रदान गर्न सक्छ।

माइक्रोप्रोसेसरहरू र पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा अनुकूलन गर्न कम आउटपुट भोल्टेज प्रदान गर्न पर्याप्त छ। यी प्राविधिक विकासहरूले पावर सप्लाई चिप सर्किटहरूको डिजाइनको लागि उच्च आवश्यकताहरू राख्छन्। सबै भन्दा पहिले, बढ्दो स्विचिंग फ्रिक्वेन्सीको साथ, स्विचिंग घटकहरूको प्रदर्शन अगाडि राखिएको छ

स्विचिङ तत्वको कार्यसम्पादनका लागि उच्च आवश्यकताहरू, र सामान्य सञ्चालनको मेगाहर्ट्ज स्तरसम्म स्विचिङ फ्रिक्वेन्सीमा स्विच गर्ने तत्व सुनिश्चित गर्नको लागि सम्बन्धित स्विचिङ एलिमेन्ट ड्राइभ सर्किट हुनुपर्छ। दोस्रो, ब्याट्री-संचालित पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि, सर्किटको अपरेटिङ भोल्टेज कम छ (उदाहरणका लागि, लिथियम ब्याट्रीहरूको मामलामा)।

लिथियम ब्याट्रीहरू, उदाहरणका लागि, 2.5 ~ 3.6V को अपरेटिङ भोल्टेज), त्यसैले कम भोल्टेजको लागि बिजुली आपूर्ति चिप।

MOSFET मा धेरै कम प्रतिरोध, कम ऊर्जा खपत छ, वर्तमान लोकप्रिय उच्च दक्षता DC-DC चिप मा अधिक MOSFET पावर स्विच को रूप मा। यद्यपि, MOSFETs को ठूलो परजीवी क्षमताको कारण। यसले उच्च अपरेटिङ फ्रिक्वेन्सी DC-DC कन्भर्टरहरू डिजाइन गर्न ट्यूब ड्राइभर सर्किटहरू स्विच गर्ने डिजाइनमा उच्च आवश्यकताहरू राख्छ। त्यहाँ विभिन्न CMOS, BiCMOS तर्क सर्किटहरू छन् जुन बुटस्ट्र्याप बूस्ट संरचना र ड्राइभर सर्किटहरू कम भोल्टेज ULSI डिजाइनमा ठूलो क्यापेसिटिव लोडको रूपमा प्रयोग गर्दछ। यी सर्किटहरू 1V भन्दा कम भोल्टेज आपूर्तिको अवस्थामा ठीकसँग काम गर्न सक्षम छन्, र लोड क्षमता 1 ~ 2pF फ्रिक्वेन्सी दसौं मेगाबिट वा सयौं मेगाहर्ट्जसम्म पुग्न सक्छ। यस पेपरमा, बुटस्ट्र्याप बूस्ट सर्किट ठूलो लोड क्यापेसिटन्स ड्राइभ क्षमता डिजाइन गर्न प्रयोग गरिन्छ, कम-भोल्टेज, उच्च स्विचिंग फ्रिक्वेन्सी बूस्ट DC-DC कनवर्टर ड्राइभ सर्किटको लागि उपयुक्त। कम-अन्त भोल्टेज र PWM उच्च-अन्त MOSFETs चलाउन। MOSFETs को उच्च गेट भोल्टेज आवश्यकताहरू ड्राइभ गर्न सानो आयाम PWM संकेत।