Tout d'abord, le type et la structure du MOSFET,MOSFETest un FET (un autre est JFET), peut être fabriqué en type amélioré ou à appauvrissement, canal P ou canal N, un total de quatre types, mais l'application réelle uniquement des MOSFET à canal N améliorés et des MOSFET à canal P améliorés, donc généralement appelé NMOS ou PMOS, fait référence à ces deux types. Pour ces deux types de MOSFET améliorés, le NMOS est le plus couramment utilisé, car la résistance à l'état passant est petite et facile à fabriquer. Par conséquent, NMOS est généralement utilisé dans les applications d’alimentation à découpage et de commande de moteur.
Dans l’introduction suivante, la plupart des cas sont dominés par les NMOS. une capacité parasite existe entre les trois broches du MOSFET, une caractéristique qui n'est pas nécessaire mais qui résulte des limitations du processus de fabrication. La présence d'une capacité parasite rend un peu délicate la conception ou la sélection d'un circuit pilote. Il y a une diode parasite entre le drain et la source. C'est ce qu'on appelle la diode corporelle et elle est importante pour piloter des charges inductives telles que des moteurs. À propos, la diode du corps n'est présente que dans les MOSFET individuels et n'est généralement pas présente à l'intérieur d'une puce IC.
MOSFETla perte du tube de commutation, qu'il s'agisse de NMOS ou de PMOS, après la conduction de la résistance à l'état passant, de sorte que le courant consomme de l'énergie dans cette résistance, cette partie de l'énergie consommée est appelée perte de conduction. La sélection de MOSFET avec une faible résistance à l'état passant réduira la perte de résistance à l'état passant. De nos jours, la résistance à l'état passant des MOSFET de faible puissance est généralement de l'ordre de dizaines de milliohms, et quelques milliohms sont également disponibles. Les MOSFET ne doivent pas être terminés en un instant lorsqu'ils sont allumés et éteints. Il existe un processus de diminution de la tension à Les deux extrémités du MOSFET, et il y a un processus d'augmentation du courant qui le traverse. Pendant cette période, la perte des MOSFET est le produit de la tension et du courant, appelée perte de commutation. Habituellement, la perte de commutation est beaucoup plus importante que la perte de conduction, et plus la fréquence de commutation est rapide, plus la perte est importante. Le produit de la tension et du courant au moment de la conduction est très important, ce qui entraîne des pertes importantes. Le raccourcissement du temps de commutation réduit la perte à chaque conduction ; la réduction de la fréquence de commutation réduit le nombre de commutateurs par unité de temps. Ces deux approches réduisent les pertes de commutation.
Comparé aux transistors bipolaires, on pense généralement qu'aucun courant n'est nécessaire pour réaliser unMOSFETconduite, tant que la tension GS est supérieure à une certaine valeur. C’est facile à faire, mais nous avons également besoin de rapidité. Comme vous pouvez le voir dans la structure du MOSFET, il existe une capacité parasite entre GS, GD, et le pilotage du MOSFET est, en fait, la charge et la décharge de la capacité. La charge du condensateur nécessite un courant, car la charge instantanée du condensateur peut être considérée comme un court-circuit, le courant instantané sera donc plus élevé. La première chose à noter lors de la sélection/conception d'un pilote MOSFET est la taille du courant de court-circuit instantané qui peut être fourni.
La deuxième chose à noter est que, généralement utilisée dans les NMOS de pilotage haut de gamme, la tension de grille à temps doit être supérieure à la tension source. MOSFET d'entraînement haut de gamme sur la tension de source et la tension de drain (VCC) identiques, donc la tension de grille est supérieure à celle du VCC 4V ou 10V. si dans le même système, pour obtenir une tension supérieure au VCC, nous devons nous spécialiser dans le circuit boost. De nombreux pilotes de moteur ont des pompes de charge intégrées. Il est important de noter que vous devez choisir la capacité externe appropriée pour obtenir suffisamment de courant de court-circuit pour piloter le MOSFET. 4V ou 10V est le MOSFET couramment utilisé en matière de tension, la conception nécessite bien sûr une certaine marge. Plus la tension est élevée, plus la vitesse à l’état passant est rapide et plus la résistance à l’état passant est faible. Il existe désormais également des MOSFET à tension à l'état passant plus petits utilisés dans différents domaines, mais dans le système électronique automobile 12 V, généralement 4 V à l'état passant suffisent. La caractéristique la plus remarquable des MOSFET est les caractéristiques de commutation du bien, il est donc largement utilisé dans le besoin de circuits de commutation électroniques, tels que l'alimentation à découpage et l'entraînement du moteur, mais également de gradation de l'éclairage. Moyens conducteurs agissant comme un interrupteur, ce qui équivaut à une fermeture d'interrupteur. Les caractéristiques NMOS, Vgs supérieures à une certaine valeur, conduiront, adaptées pour une utilisation dans le cas où la source est mise à la terre (entraînement bas de gamme), tant que la porte tension de 4 V ou 10 V. Caractéristiques PMOS, Vgs inférieur à une certaine valeur conduira, adapté pour une utilisation dans le cas où la source est connectée au VCC (entraînement haut de gamme). Cependant, bien que le PMOS puisse être facilement utilisé comme pilote haut de gamme, le NMOS est généralement utilisé dans les pilotes haut de gamme en raison de sa grande résistance à l'état passant, de son prix élevé et du peu de types de remplacement.
Maintenant, le MOSFET pilote des applications basse tension, lors de l'utilisation d'une alimentation 5 V, cette fois si vous utilisez la structure de totem traditionnelle, en raison de la chute de tension du transistor d'environ 0,7 V, ce qui entraîne la finale réelle ajoutée à la grille sur le la tension n'est que de 4,3 V. A ce moment, nous choisissons la tension de grille nominale de 4,5 V du MOSFET sur l'existence de certains risques. Le même problème se produit lors de l'utilisation de 3 V ou d'autres occasions d'alimentation basse tension. La double tension est utilisée dans certains circuits de commande où la section logique utilise une tension numérique typique de 5 V ou 3,3 V et la section de puissance utilise 12 V ou même plus. Les deux tensions sont connectées à l'aide d'une masse commune. Cela impose d'utiliser un circuit qui permet au côté basse tension de contrôler efficacement le MOSFET du côté haute tension, tandis que le MOSFET du côté haute tension sera confronté aux mêmes problèmes mentionnés en 1 et 2. Dans les trois cas, le La structure du totem ne peut pas répondre aux exigences de sortie, et de nombreux circuits intégrés de commande MOSFET disponibles dans le commerce ne semblent pas inclure de structure de limitation de tension de grille. La tension d'entrée n'est pas une valeur fixe, elle varie avec le temps ou d'autres facteurs. Cette variation rend la tension de commande fournie au MOSFET par le circuit PWM instable. Afin de protéger le MOSFET des tensions de grille élevées, de nombreux MOSFET sont dotés de régulateurs de tension intégrés pour limiter avec force l'amplitude de la tension de grille.
Dans ce cas, lorsque la tension de commande fournie dépasse la tension du régulateur, cela entraînera une consommation d'énergie statique importante. Dans le même temps, si vous utilisez simplement le principe du diviseur de tension à résistance pour réduire la tension de grille, il y aura une tension d'entrée élevée, le MOSFET fonctionne bien, tandis que la tension d'entrée est réduite lorsque la tension de grille est insuffisante pour provoquer une conduction insuffisamment complète, augmentant ainsi la consommation d'énergie.
Circuit relativement courant ici uniquement pour que le circuit pilote NMOS fasse une analyse simple : Vl et Vh sont respectivement l'alimentation bas de gamme et haut de gamme, les deux tensions peuvent être les mêmes, mais Vl ne doit pas dépasser Vh. Q1 et Q2 forment un totem inversé, utilisé pour réaliser l'isolation, et en même temps pour garantir que les deux tubes conducteurs Q3 et Q4 ne seront pas allumés en même temps. R2 et R3 fournissent la référence de tension PWM, et en modifiant cette référence, vous pouvez faire fonctionner le circuit correctement, et la tension de grille n'est pas suffisante pour provoquer une conduction complète, augmentant ainsi la consommation d'énergie. R2 et R3 fournissent la référence de tension PWM, en changeant cette référence, vous pouvez laisser le circuit fonctionner dans la forme d'onde du signal PWM dans une position relativement raide et droite. Q3 et Q4 sont utilisés pour fournir le courant de commande, en raison du temps de fonctionnement, Q3 et Q4 par rapport à Vh et GND ne représentent qu'un minimum d'une chute de tension Vce, cette chute de tension n'est généralement que d'environ 0,3 V, bien inférieure que 0,7 V Vce R5 et R6 sont des résistances de rétroaction pour l'échantillonnage de la tension de grille, après avoir échantillonné la tension, la tension de la grille est utilisée comme résistance de rétroaction à la tension de grille, et la tension de l'échantillon est utilisée pour la tension de grille. R5 et R6 sont des résistances de rétroaction utilisées pour échantillonner la tension de grille, qui passe ensuite par Q5 pour créer une forte rétroaction négative sur les bases de Q1 et Q2, limitant ainsi la tension de grille à une valeur finie. Cette valeur peut être ajustée par R5 et R6. Enfin, R1 assure la limitation du courant de base à Q3 et Q4, et R4 assure la limitation du courant de grille aux MOSFET, ce qui correspond à la limitation de la glace de Q3Q4. Un condensateur d'accélération peut être connecté en parallèle au-dessus de R4 si nécessaire.
Lors de la conception d'appareils portables et de produits sans fil, l'amélioration des performances du produit et l'allongement de la durée de fonctionnement de la batterie sont deux problèmes auxquels les concepteurs doivent faire face. Les convertisseurs DC-DC présentent les avantages d'un rendement élevé, d'un courant de sortie élevé et d'un faible courant de repos, qui sont très adaptés à l'alimentation des appareils portables. appareils.
Les convertisseurs DC-DC présentent les avantages d'un rendement élevé, d'un courant de sortie élevé et d'un faible courant de repos, qui sont très adaptés à l'alimentation d'appareils portables. Actuellement, les principales tendances dans le développement de la technologie de conception de convertisseurs DC-DC comprennent : la technologie haute fréquence : avec l'augmentation de la fréquence de commutation, la taille du convertisseur de commutation est également réduite, la densité de puissance a été considérablement augmentée et la dynamique la réponse a été améliorée. Petit
La fréquence de commutation du convertisseur de puissance DC-DC augmentera jusqu'au niveau du mégahertz. Technologie à faible tension de sortie : avec le développement continu de la technologie de fabrication de semi-conducteurs, la tension de fonctionnement des microprocesseurs et des équipements électroniques portables devient de plus en plus faible, ce qui nécessite que le futur convertisseur DC-DC puisse fournir une faible tension de sortie pour s'adapter au microprocesseur et à l'équipement électronique portable, ce qui nécessite un futur convertisseur DC-DC pouvant fournir une faible tension de sortie pour s'adapter au microprocesseur.
De quoi fournir une faible tension de sortie pour s'adapter aux microprocesseurs et aux équipements électroniques portables. Ces développements technologiques imposent des exigences plus élevées pour la conception de circuits à puces d'alimentation. Tout d'abord, avec l'augmentation de la fréquence de commutation, les performances des composants de commutation sont mises en avant
Exigences élevées pour les performances de l'élément de commutation, et doit avoir le circuit de commande de l'élément de commutation correspondant pour garantir que l'élément de commutation dans la fréquence de commutation jusqu'au niveau mégahertz de fonctionnement normal. Deuxièmement, pour les appareils électroniques portables alimentés par batterie, la tension de fonctionnement du circuit est faible (dans le cas des batteries au lithium par exemple).
Batteries au lithium, par exemple, la tension de fonctionnement de 2,5 ~ 3,6 V), donc la puce d'alimentation pour la tension inférieure.
MOSFET a une très faible résistance à l'état passant et une faible consommation d'énergie, dans la puce DC-DC à haut rendement populaire actuelle, plus MOSFET comme interrupteur d'alimentation. Cependant, en raison de la grande capacité parasite des MOSFET. Cela impose des exigences plus élevées en matière de conception de circuits de commande de tubes de commutation pour la conception de convertisseurs CC-CC à haute fréquence de fonctionnement. Il existe divers circuits logiques CMOS et BiCMOS utilisant une structure d'amplification d'amorçage et des circuits de commande comme grandes charges capacitives dans une conception ULSI basse tension. Ces circuits sont capables de fonctionner correctement dans des conditions d'alimentation en tension inférieure à 1 V et peuvent fonctionner dans des conditions de capacité de charge de 1 à 2 pF, la fréquence peut atteindre des dizaines de mégabits, voire des centaines de mégahertz. Dans cet article, le circuit boost bootstrap est utilisé pour concevoir une grande capacité de commande de capacité de charge, adaptée au circuit de commande de convertisseur DC-DC boost basse tension et haute fréquence de commutation. Tension bas de gamme et PWM pour piloter des MOSFET haut de gamme. signal PWM de petite amplitude pour répondre aux exigences de tension de grille élevées des MOSFET.
Heure de publication : 12 avril 2024
