Rangkaian Driver MOSFET Paket Besar

Pertama-tama, jenis dan struktur MOSFET,MOSFETadalah FET (yang lain adalah JFET), dapat diproduksi menjadi tipe yang ditingkatkan atau deplesi, saluran P atau saluran N total empat jenis, tetapi penerapan sebenarnya hanya MOSFET saluran N yang ditingkatkan dan MOSFET saluran P yang ditingkatkan, jadi biasanya disebut sebagai NMOS atau PMOS mengacu pada dua jenis ini. Untuk kedua jenis MOSFET yang ditingkatkan ini, yang lebih umum digunakan adalah NMOS, alasannya adalah resistansi on-resistance-nya kecil, dan mudah dalam pembuatannya. Oleh karena itu, NMOS umumnya digunakan dalam aplikasi switching catu daya dan penggerak motor.

Pada pendahuluan berikut, sebagian besar kasus didominasi oleh NMOS. kapasitansi parasit ada di antara tiga pin MOSFET, sebuah fitur yang tidak diperlukan tetapi muncul karena keterbatasan proses manufaktur. Kehadiran kapasitansi parasit membuatnya agak sulit untuk merancang atau memilih rangkaian driver. Ada dioda parasit antara saluran pembuangan dan sumber. Ini disebut dioda badan dan penting dalam menggerakkan beban induktif seperti motor. Omong-omong, dioda badan hanya ada di MOSFET individual dan biasanya tidak ada di dalam chip IC.

MOSFETKehilangan tabung switching, apakah itu NMOS atau PMOS, setelah ada resistansi konduksi, sehingga arus akan mengkonsumsi energi dalam resistansi ini, bagian dari energi yang dikonsumsi ini disebut kehilangan konduksi. Pemilihan MOSFET dengan resistansi rendah akan mengurangi kerugian resistansi. Saat ini, MOSFET berdaya rendah yang memiliki resistansi hidup umumnya sekitar puluhan miliohm, dan beberapa miliohm juga tersedia.MOSFET tidak boleh diselesaikan dalam sekejap ketika dihidupkan dan dimatikan.Ada proses penurunan tegangan pada kedua ujung MOSFET, dan terjadi proses peningkatan arus yang mengalir melaluinya. Selama periode waktu ini, hilangnya MOSFET adalah produk dari tegangan dan arus, yang disebut switching kehilangan. Biasanya kerugian peralihan jauh lebih besar daripada kerugian konduksi, dan semakin cepat frekuensi peralihan, semakin besar kerugiannya. Hasil kali tegangan dan arus pada saat konduksi sangat besar sehingga mengakibatkan rugi-rugi yang besar. Memperpendek waktu peralihan mengurangi kerugian pada setiap konduksi; mengurangi frekuensi peralihan mengurangi jumlah sakelar per satuan waktu. Kedua pendekatan ini mengurangi kerugian peralihan.

Dibandingkan dengan transistor bipolar, secara umum diyakini bahwa tidak diperlukan arus untuk membuat aMOSFETkonduksi, selama tegangan GS berada di atas nilai tertentu. Ini mudah dilakukan, namun kita juga membutuhkan kecepatan. Seperti yang Anda lihat dalam struktur MOSFET, terdapat kapasitansi parasit antara GS, GD, dan penggerak MOSFET, pada dasarnya, adalah pengisian dan pengosongan kapasitansi. Pengisian kapasitor memerlukan arus, karena pengisian kapasitor secara instan dapat dianggap sebagai arus pendek, sehingga arus sesaat akan semakin tinggi. Hal pertama yang perlu diperhatikan ketika memilih/merancang driver MOSFET adalah besarnya arus hubung singkat sesaat yang dapat disediakan.

Hal kedua yang perlu diperhatikan adalah, umumnya digunakan pada NMOS drive kelas atas, tegangan gerbang tepat waktu harus lebih besar dari tegangan sumber. MOSFET penggerak kelas atas memiliki tegangan sumber dan tegangan pembuangan (VCC) yang sama, sehingga tegangan gerbang lebih besar dari VCC 4V atau 10V. jika dalam sistem yang sama, untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dari VCC, kita perlu mengkhususkan pada rangkaian boost. Banyak driver motor memiliki pompa muatan terintegrasi, penting untuk dicatat bahwa Anda harus memilih kapasitansi eksternal yang sesuai untuk mendapatkan arus hubung singkat yang cukup untuk menggerakkan MOSFET. 4V atau 10V adalah MOSFET tegangan yang umum digunakan, tentu saja desainnya harus memiliki margin tertentu. Semakin tinggi tegangannya, semakin cepat kecepatannya dan semakin rendah resistansinya. Sekarang ada juga MOSFET tegangan on-state yang lebih kecil yang digunakan di berbagai bidang, tetapi dalam sistem elektronik otomotif 12V, umumnya 4V on-state sudah cukup. Fitur MOSFET yang paling menonjol adalah karakteristik peralihan yang baik, sehingga banyak digunakan dalam kebutuhan akan rangkaian peralihan elektronik, seperti peralihan catu daya dan penggerak motor, tetapi juga peredupan penerangan. Menghantarkan berarti bertindak sebagai saklar, yang setara dengan penutupan saklar. Karakteristik NMOS, Vgs yang lebih besar dari nilai tertentu akan menghantarkan, cocok untuk digunakan ketika sumber dibumikan (penggerak low-end), selama gerbang tegangan 4V atau 10V. Karakteristik PMOS, Vgs akan menghantarkan kurang dari nilai tertentu, cocok untuk digunakan jika sumber dihubungkan ke VCC (high-end drive). Namun, meskipun PMOS dapat dengan mudah digunakan sebagai driver kelas atas, NMOS biasanya digunakan pada driver kelas atas karena resistansinya yang besar, harga yang mahal, dan jenis pengganti yang sedikit.

Sekarang MOSFET menggerakkan aplikasi tegangan rendah, bila menggunakan catu daya 5V, kali ini jika Anda menggunakan struktur tiang totem tradisional, karena transistor akan turun tegangan sekitar 0,7V, sehingga final aktual ditambahkan ke gerbang pada tegangannya hanya 4,3 V. Saat ini, kami memilih tegangan gerbang nominal 4,5V dari MOSFET dengan adanya risiko tertentu. Masalah yang sama terjadi pada penggunaan 3V atau catu daya tegangan rendah lainnya. Tegangan ganda digunakan di beberapa rangkaian kontrol di mana bagian logika menggunakan tegangan digital khas 5V atau 3,3V dan bagian daya menggunakan 12V atau bahkan lebih tinggi. Kedua tegangan tersebut dihubungkan menggunakan landasan yang sama. Hal ini mengharuskan penggunaan rangkaian yang memungkinkan sisi tegangan rendah untuk secara efektif mengontrol MOSFET pada sisi tegangan tinggi, sedangkan MOSFET pada sisi tegangan tinggi akan menghadapi masalah yang sama seperti yang disebutkan pada 1 dan 2. Dalam ketiga kasus tersebut, the struktur tiang totem tidak dapat memenuhi persyaratan keluaran, dan banyak IC driver MOSFET yang tersedia tampaknya tidak menyertakan struktur pembatas tegangan gerbang. Tegangan masukan bukanlah nilai tetap, melainkan bervariasi seiring waktu atau faktor lainnya. Variasi ini menyebabkan tegangan penggerak yang diberikan ke MOSFET oleh rangkaian PWM menjadi tidak stabil. Untuk membuat MOSFET aman dari tegangan gerbang tinggi, banyak MOSFET memiliki pengatur tegangan bawaan untuk secara paksa membatasi amplitudo tegangan gerbang.

Dalam hal ini, ketika tegangan penggerak yang diberikan melebihi tegangan regulator, maka akan menyebabkan konsumsi daya statis yang besar. Pada saat yang sama, jika Anda hanya menggunakan prinsip pembagi tegangan resistor untuk mengurangi tegangan gerbang, akan ada relatif tegangan masukan tinggi, MOSFET bekerja dengan baik, sedangkan tegangan masukan berkurang ketika tegangan gerbang tidak mencukupi sehingga menyebabkan konduksi tidak mencukupi, sehingga meningkatkan konsumsi daya.

Rangkaian yang relatif umum di sini hanya untuk rangkaian driver NMOS untuk melakukan analisis sederhana: Vl dan Vh adalah catu daya low-end dan high-end, masing-masing, kedua tegangan bisa sama, tetapi Vl tidak boleh melebihi Vh. Q1 dan Q2 membentuk tiang totem terbalik, digunakan untuk mencapai isolasi, dan pada saat yang sama untuk memastikan bahwa dua tabung driver Q3 dan Q4 tidak akan menyala secara bersamaan. R2 dan R3 memberikan referensi tegangan PWM, dan dengan mengubah referensi ini, rangkaian dapat berfungsi dengan baik, dan tegangan gerbang tidak cukup untuk menyebabkan konduksi menyeluruh, sehingga meningkatkan konsumsi daya. R2 dan R3 memberikan referensi tegangan PWM, dengan mengubah referensi ini, Anda dapat membiarkan rangkaian bekerja dalam bentuk gelombang sinyal PWM pada posisi yang relatif curam dan lurus. Q3 dan Q4 digunakan untuk menyediakan arus penggerak, karena tepat waktu, Q3 dan Q4 relatif terhadap Vh dan GND hanya minimal penurunan tegangan Vce, penurunan tegangan ini biasanya hanya sekitar 0,3V atau lebih, jauh lebih rendah dari 0,7V Vce R5 dan R6 merupakan resistor umpan balik untuk pengambilan sampel tegangan gerbang, setelah pengambilan sampel tegangan, tegangan gerbang digunakan sebagai resistor umpan balik terhadap tegangan gerbang, dan tegangan sampel digunakan untuk tegangan gerbang. R5 dan R6 adalah resistor umpan balik yang digunakan untuk mengambil sampel tegangan gerbang, yang kemudian dilewatkan melalui Q5 untuk menciptakan umpan balik negatif yang kuat pada basis Q1 dan Q2, sehingga membatasi tegangan gerbang ke nilai yang terbatas. Nilai ini dapat disesuaikan dengan R5 dan R6. Terakhir, R1 memberikan batasan arus basis ke Q3 dan Q4, dan R4 memberikan batasan arus gerbang ke MOSFET, yang merupakan batasan Ice Q3Q4. Kapasitor percepatan dapat dihubungkan secara paralel di atas R4 jika perlu.                                         

Saat merancang perangkat portabel dan produk nirkabel, meningkatkan kinerja produk dan memperpanjang waktu pengoperasian baterai adalah dua masalah yang harus dihadapi oleh para desainer. Konverter DC-DC memiliki keunggulan efisiensi tinggi, arus keluaran tinggi, dan arus diam rendah, yang sangat cocok untuk memberi daya pada perangkat portabel perangkat.

Konverter DC-DC memiliki keunggulan efisiensi tinggi, arus keluaran tinggi, dan arus diam rendah, yang sangat cocok untuk memberi daya pada perangkat portabel. Saat ini, tren utama dalam pengembangan teknologi desain konverter DC-DC meliputi: teknologi frekuensi tinggi: dengan peningkatan frekuensi switching, ukuran konverter switching juga berkurang, kepadatan daya meningkat secara signifikan, dan dinamika respons telah ditingkatkan. Kecil

Frekuensi peralihan konverter DC-DC daya akan naik ke tingkat megahertz. Teknologi tegangan keluaran rendah: Dengan terus berkembangnya teknologi manufaktur semikonduktor, tegangan operasi mikroprosesor dan peralatan elektronik portabel semakin rendah, yang memerlukan konverter DC-DC di masa depan dapat memberikan tegangan keluaran rendah untuk beradaptasi dengan mikroprosesor dan peralatan elektronik portabel, yang mana membutuhkan konverter DC-DC masa depan yang dapat memberikan tegangan keluaran rendah untuk beradaptasi dengan mikroprosesor.

Cukup memberikan tegangan keluaran rendah untuk beradaptasi dengan mikroprosesor dan peralatan elektronik portabel. Perkembangan teknologi ini menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk desain rangkaian chip catu daya. Pertama-tama, dengan meningkatnya frekuensi switching, kinerja komponen switching dikedepankan

Persyaratan tinggi untuk kinerja elemen switching, dan harus memiliki rangkaian penggerak elemen switching yang sesuai untuk memastikan bahwa elemen switching dalam frekuensi switching hingga tingkat megahertz dari operasi normal. Kedua, untuk perangkat elektronik portabel bertenaga baterai, tegangan operasi rangkaiannya rendah (dalam kasus baterai litium, misalnya).

Baterai litium, misalnya, tegangan operasi 2,5 ~ 3,6V), sehingga chip catu daya untuk tegangan lebih rendah.

MOSFET memiliki resistansi yang sangat rendah, konsumsi energi yang rendah, dalam chip DC-DC efisiensi tinggi yang populer saat ini lebih banyak MOSFET sebagai saklar daya. Namun karena kapasitansi parasit MOSFET yang besar. Hal ini memberikan persyaratan yang lebih tinggi pada desain rangkaian driver tabung switching untuk merancang konverter DC-DC frekuensi operasi tinggi. Ada berbagai CMOS, rangkaian logika BiCMOS yang menggunakan struktur bootstrap boost dan rangkaian driver sebagai beban kapasitif besar dalam desain ULSI tegangan rendah. Rangkaian ini mampu bekerja dengan baik pada kondisi suplai tegangan kurang dari 1V, dan dapat bekerja pada kondisi kapasitansi beban 1 ~ 2pF frekuensinya bisa mencapai puluhan megabit bahkan ratusan megahertz. Dalam makalah ini, rangkaian penguat bootstrap digunakan untuk merancang kemampuan penggerak kapasitansi beban besar, cocok untuk rangkaian penggerak konverter DC-DC penguat frekuensi switching tinggi dan tegangan rendah. Tegangan low-end dan PWM untuk menggerakkan MOSFET high-end. sinyal PWM amplitudo kecil untuk menggerakkan persyaratan tegangan gerbang tinggi MOSFET.