Large Package MOSFET Driver Circuit

Prima di tuttu, u tipu MOSFET è a struttura,MOSFEThè un FET (un altru hè JFET), pò esse fabbricatu in un tipu rinfurzatu o di depletion, P-channel o N-channel un totale di quattru tipi, ma l'applicazione attuale di solu MOSFET rinfurzati N-channel è MOSFET rinfurzati P-channel, cusì generalmente chjamatu NMOS o PMOS si riferisce à sti dui tipi. Per questi dui tipi di MOSFET rinfurzati, u più comunmente utilizatu hè NMOS, u mutivu hè chì a resistenza hè chjuca, è faciule di fabricazione. Dunque, NMOS hè generalmente utilizatu in l'applicazioni di l'alimentazione di l'alimentazione è di l'accionamentu di u mutore.

In a seguente introduzione, a maiò parte di i casi sò duminati da NMOS. A capacità parassita esiste trà i trè pins di u MOSFET, una funzione chì ùn hè micca necessariu, ma nasce per via di limitazioni di u prucessu di fabricazione. A prisenza di capacità parassita rende un pocu complicatu per designà o selezziunà un circuitu di driver. Ci hè un diodu parasiticu trà u drenu è a surgente. Questu hè chjamatu diodu di u corpu è hè impurtante per guidà carichi induttivi cum'è i mutori. A propositu, u diodu di u corpu hè presente solu in i MOSFET individuali è ùn hè generalmente micca presente in un chip IC.

MOSFETa perdita di u tubu di cambià, sia NMOS o PMOS, dopu chì a cunduzzione di a resistenza esiste, cusì chì u currente cunsumà energia in questa resistenza, sta parte di l'energia cunsumata hè chjamata perdita di cunduzzione. Selezzione di MOSFET cù bassa resistenza à a resistenza riducerà a perdita di resistenza. Oghje, a resistenza di MOSFET di bassa putenza hè generalmente intornu à decine di milliohms, è uni pochi di milliohms sò ancu dispunibili. i dui fini di u MOSFET, è ci hè un prucessu di aumentà u currenti chì scorri à traversu it.During stu periodu di tempu, a perdita di MOSFET hè u pruduttu di a tensione è u currente, chì hè chjamatu a perdita di cunversione. Di solitu, a perdita di commutazione hè assai più grande di a perdita di cunduzzione, è più veloce hè a frequenza di commutazione, più grande a perdita. U pruduttu di voltage è currente à l'istante di cunduzzione hè assai grande, risultatu in grandi pèrdite. Accurtà u tempu di commutazione riduce a perdita à ogni cunduzzione; riducendu a frequenza di cunversione riduce u numeru di switch per unità di tempu. I dui approcci riducenu e perdite di commutazione.

In cunfrontu à i transistori bipolari, in generale si crede chì ùn ci hè micca bisognu di corrente per fà aMOSFETcunducta, finu à chì a tensione GS hè sopra à un certu valore. Questu hè faciule fà, però, avemu ancu bisognu di rapidità. Comu pudete vede in a struttura di u MOSFET, ci hè una capacità parasita trà GS, GD, è a guida di u MOSFET hè, in effetti, a carica è a scaricamentu di a capacità. A carica di u condensatore richiede un currente, perchè a carica di u condensatore istantaneamente pò esse vistu cum'è un cortu circuitu, cusì u currente istantaneu serà più altu. A prima cosa da nutà quandu selezziunate / cuncepimentu di un driver MOSFET hè a dimensione di u currente di cortu-circuit istantaneu chì pò esse furnitu.

A seconda cosa da nutà hè chì, generalmente utilizatu in l'unità NMOS high-end, a tensione di porta puntuale deve esse più grande di a tensione di fonte. High-end drive MOSFET nant'à u voltage surghjente è drain voltage (VCC) u listessu, cusì tandu a tensione di porta chè u VCC 4V o 10V. s'è in u listessu sistema, pè ottene un voltage più grande chè u VCC, avemu bisognu di spicializazioni in u circuitu boost. Parechji mutori di mutore anu integratu pompe di carica, hè impurtante di nutà chì duvete sceglie a capacità esterna appropritata per ottene abbastanza corrente di cortu-circuit per guidà u MOSFET. 4V o 10V hè u MOSFET cumunimenti utilizatu nantu à a tensione, u disignu di sicuru, avete bisognu à avè un certu marghjenu. A più alta a tensione, più veloce a velocità di u statu è più bassa a resistenza di u statu. Avà ci sò ancu più chjuchi MOSFET di tensione di u statu utilizatu in diversi campi, ma in u sistema di l'elettronica di l'automobile 12V, in generale 4V in u statu hè abbastanza. MOSFETs funzione più notevuli hè e caratteristiche di cunversione di u bonu, cusì hè largamente utilizatu in u bisognu di circuiti di commutazione ilittronica, cum'è l'alimentazione di alimentazione è l'accionamentu di u mutore, ma ancu di dimming di l'illuminazione. Conducting significa chì agisce cum'è un switch, chì hè equivalenti à un switch closure.NMOS caratteristiche, Vgs più grande di un certu valore cunduceranu, adattatu per l'usu in u casu quandu a surgente hè messa in terra (unità low-end), finu à chì a porta. voltage di 4V o 10V.PMOS caratteristiche, Vgs menu chè un certu valore vi cunducerà, adattatu per usu in u casu quandu a surgente hè culligatu à u VCC (unità high-end). In ogni casu, ancu se PMOS pò esse facilmente utilizatu cum'è un driver high-end, NMOS hè di solitu utilizatu in driver high-end per via di a grande resistenza, di prezzu altu è di pochi tipi di rimpiazzamentu.

Avà l'applicazioni MOSFET drive bassu-voltage, quandu l'usu di 5V power supply, sta volta s'è vo aduprate a struttura tradiziunale totem pole, duvuta à u transistor esse circa 0.7V voltage drop, risultatu in l'attuale finale aghjuntu à u cancellu nantu à u. voltage hè solu 4,3 V. À questu tempu, sceglite a tensione nominale di a porta di 4,5V di u MOSFET nantu à l'esistenza di certi risichi. U listessu prublema si trova in l'usu di 3V o altre occasioni di alimentazione di bassa tensione. A doppia tensione hè aduprata in certi circuiti di cuntrollu induve a sezione logica usa una tensione digitale tipica di 5V o 3.3V è a sezione di putenza usa 12V o ancu più altu. I dui voltaggi sò cunnessi cù una terra cumuna. Questu mette un requisitu per utilizà un circuitu chì permette à u latu di bassa tensione per cuntrullà in modu efficace u MOSFET in u latu d'alta tensione, mentre chì u MOSFET in u latu di l'alta tensione hà da affruntà i stessi prublemi citati in 1 è 2. In tutti i trè casi, u A struttura di totem pole ùn pò micca risponde à i requisiti di output, è parechji IC di driver MOSFET off-the-shelf ùn parenu micca include una struttura di limitazione di tensione di porta. A tensione di input ùn hè micca un valore fissu, varieghja cù u tempu o altri fattori. Questa variazione face chì a tensione di u drive furnita à u MOSFET da u circuitu PWM hè inestabile. In ordine per fà u MOSFET sicuru da altu voltages gate, assai MOSFETs hannu un regulatori di tensione integrata per limità forza l'amplitude di a tensione di a porta.

In questu casu, quandu a tensione di l'accionamentu furnita supera a tensione di u regulatore, pruvucarà un grande cunsumu di energia statica À u stessu tempu, se simpricimenti aduprate u principiu di u divisor di tensione di resistenza per riduce a tensione di a porta, ci sarà una quantità relativamente alta. altu voltage input, u MOSFET travaglia bè, mentri la tensione input hè ridutta quandu u voltage porta hè insufficiente à causari cunduzzione insufficiently cumpleta, cusì cresce u cunsumu putenza.

Circuitu relativamente cumuni quì solu per u circuitu di u driver NMOS per fà un analisi simplice: Vl è Vh sò l'alimentu di l'alimentazione di u livellu bassu è l'altu, rispettivamente, i dui voltaggi ponu esse listessi, ma Vl ùn deve micca più Vh. Q1 è Q2 formanu un totem invertitu, utilizatu per ottene l'isolamentu, è à u stessu tempu per assicurà chì i dui tubi di u driver Q3 è Q4 ùn saranu micca in u stessu tempu. R2 è R3 furnisce u riferimentu di tensione PWM, è cambiendu sta riferimentu, pudete fà u circuitu travaglià bè, è a tensione di a porta ùn hè micca abbastanza per causà una cunduzzione completa, cusì aumentendu u cunsumu di energia. R2 è R3 furnisce u riferimentu di tensione PWM, cambiendu sta riferimentu, pudete lascià u circuitu travaglià in a forma d'onda di u signale PWM hè una pusizione relativamente ripida è diritta. Q3 è Q4 sò usati per furnisce u currenti di u drive, per via di u tempu, Q3 è Q4 relative à u Vh è GND sò solu un minimu di una caduta di tensione Vce, sta caduta di tensione hè di solitu solu 0.3V o cusì, assai più bassu. più di 0.7V Vce R5 è R6 sò resistori di feedback per u campionamentu di tensione di a porta, dopu a prova di a tensione, a tensione di a porta hè usata cum'è una resistenza di feedback à a porta. voltage, è a tensione di a mostra hè usata à a tensione di a porta. R5 è R6 sò resistori di feedback utilizati per campionà a tensione di a porta, chì hè dopu passata per Q5 per creà un forte feedback negativu nantu à e basi di Q1 è Q2, limitendu cusì a tensione di a porta à un valore finitu. Stu valore pò esse aghjustatu da R5 è R6. Infine, R1 furnisce a limitazione di a corrente di basa à Q3 è Q4, è R4 furnisce a limitazione di u currente di a porta à i MOSFET, chì hè a limitazione di u Ghiaccio di Q3Q4. Un condensatore di accelerazione pò esse cunnessu in parallelu sopra R4 se ne necessariu.                                         

Quandu cuncepimentu di i dispositi portatili è i prudutti wireless, a migliurà u rendiment di u produttu è l'allungamentu di u tempu di funziunamentu di a batteria sò dui prublemi chì i diseggiani anu bisognu à affruntà. I ​​cunvertitori DC-DC anu i vantaghji di l'alta efficienza, l'alta corrente di pruduzzione è a bassa corrente di quiescent, chì sò assai adattati per l'alimentazione portable. dispusitivi.

I cunvertitori DC-DC anu i vantaghji di l'alta efficienza, di u currente di pruduzzione alta è di a corrente di quiescenza bassa, chì sò assai adattati per l'alimentazione di i dispositi portatili. Attualmente, i principali tendenzi in u sviluppu di a tecnulugia di cunversione DC-DC includenu: tecnulugia d'alta frequenza: cù l'aumentu di a frequenza di commutazione, a dimensione di u cunvertitore di commutazione hè ancu ridutta, a densità di putenza hè stata significativamente aumentata, è a dinamica dinamica. a risposta hè stata migliurata. Picculu

A frequenza di cunversione di u cunvertitore DC-DC di u putere aumenterà à u livellu di megahertz. Tecnulugia di bassa tensione di output: Cù u sviluppu cuntinuu di a tecnulugia di fabricazione di semiconductor, i microprocessori è a tensione di operazione di l'equipaggiu elettronicu portatile hè sempre più bassu, chì richiede u futuru convertitore DC-DC pò furnisce una tensione di output bassa per adattà à u microprocessore è l'equipaggiu elettronicu portatile, chì richiede un futuru convertitore DC-DC pò furnisce una tensione di output bassa per adattà à u microprocessore.

Abbastanza per furnisce una bassa tensione di output per adattà à i microprocessori è l'equipaggiu elettronicu portatile. Questi sviluppi tecnologichi ponenu esigenze più elevate per u disignu di circuiti di chip di alimentazione. Prima di tuttu, cù l'aumentu di a frequenza di commutazione, a prestazione di i cumpunenti di commutazione hè presentata

Esigenze elevate per u funziunamentu di l'elementu di commutazione, è deve avè u circuitu di guida di l'elementu di commutazione currispondente per assicurà chì l'elementu di commutazione in a frequenza di commutazione finu à u livellu di megahertz di u funziunamentu normale. Siconda, per i dispositi elettronichi portatili alimentati da batterie, a tensione di operazione di u circuitu hè bassa (in u casu di batterie di lithium, per esempiu).

Batterie di lithium, per esempiu, a tensione di u funziunamentu di 2.5 ~ 3.6V), cusì u chip di alimentazione per a tensione più bassa.

MOSFET hà una assai bassu-resistenza, bassu cunsumu d'energia, in l'attuale chip DC-DC d'alta efficienza populari più MOSFET cum'è un interruttore di putenza. Tuttavia, a causa di a grande capacità parassita di MOSFET. Questu mette esigenze più elevate à u disignu di circuiti di cunduttori di tubi di commutazione per cuncepimentu di cunvertitori DC-DC à alta frequenza operativa. Ci sò diversi circuiti logici CMOS, BiCMOS chì utilizanu una struttura di boost bootstrap è circuiti di driver cum'è grandi carichi capacitivi in ​​u disignu ULSI di bassa tensione. Sti circuiti sò capaci di travaglià bè sottu à e cundizioni di menu di 1V suminatu voltage, è pò travaglià sottu à e cundizioni di capacità di carica 1 ~ 2pF frequenza pò ghjunghje sin'à decine di megabits o ancu cintunari di megahertz. In questu documentu, u circuitu di boost bootstrap hè adupratu per cuncepisce una capacità di unità di capacità di carica grande, adattata per un circuitu di cunvertitore DC-DC à bassa tensione è alta frequenza di commutazione. Tensione bassa è PWM per guidà MOSFET high-end. Segnale PWM di piccula amplitude per guidà i requisiti di alta tensione di porta di MOSFET.