Wie Enhanced Package MOSFETs funktionieren

Beim Entwurf eines Schaltnetzteils oder einer Motorantriebsschaltung mit gekapselten MOSFETs berücksichtigen die meisten Menschen den Einschaltwiderstand des MOS, die maximale Spannung usw., den maximalen Strom usw., und viele berücksichtigen nur diese Faktoren. Solche Schaltkreise mögen funktionieren, aber sie sind nicht hervorragend und als formale Produktdesigns nicht zulässig.

Im Folgenden finden Sie eine kleine Zusammenfassung der Grundlagen von MOSFET undMOSFETTreiberschaltungen, auf die ich mich auf eine Reihe von Quellen beziehe, nicht alle original. Einschließlich der Einführung von MOSFETs, Kennlinien, Ansteuer- und Anwendungsschaltungen. Die Verpackung von MOSFET-Typen und Verbindungs-MOSFET ist ein FET (ein weiterer JFET), der in Enhanced- oder Depletion-Typen, P-Kanal oder N-Kanal, insgesamt vier Typen hergestellt werden kann, aber die eigentliche Anwendung ist nur Enhanced N-Channel MOSFET und Enhanced P -Kanal-MOSFET, daher allgemein als NMOS oder PMOS bezeichnet, bezieht sich auf diese beiden Arten.

Warum nicht MOSFETs vom Depletion-Typ verwenden, es wird nicht empfohlen, der Sache auf den Grund zu gehen. Für diese beiden Arten von Anreicherungs-MOSFETs wird NMOS aufgrund seines geringen Einschaltwiderstands und der einfachen Herstellung häufiger verwendet. Daher wird bei Schaltnetzteilen und Motorantriebsanwendungen im Allgemeinen NMOS verwendet. die folgende Einführung, aber auch mehrNMOS-basierend.

MOSFETs haben eine parasitäre Kapazität zwischen den drei Pins, die nicht benötigt wird, aber auf Einschränkungen des Herstellungsprozesses zurückzuführen ist. Das Vorhandensein parasitärer Kapazitäten bei der Gestaltung oder Auswahl der Ansteuerschaltung stellt einige Probleme dar, die jedoch nicht vermieden werden können, und wird dann im Detail beschrieben. Wie Sie auf dem MOSFET-Schaltplan sehen können, befindet sich zwischen Drain und Source eine parasitäre Diode.

Dies wird als Body-Diode bezeichnet und ist wichtig für den Antrieb induktiver Lasten wie Motoren. Die Body-Diode ist übrigens nur einzeln vorhandenMOSFETsund ist normalerweise nicht innerhalb des integrierten Schaltkreischips vorhanden. MOSFET-Ein-Eigenschaften Ein bedeutet, dass er als Schalter fungiert, was einem Schließen des Schalters entspricht.

NMOS-Eigenschaften: Vgs größer als ein bestimmter Wert leiten, geeignet für den Einsatz bei geerdeter Quelle (Low-End-Antrieb), solange die Gate-Spannung 4 V oder 10 V beträgt. PMOS-Eigenschaften: Vgs unter einem bestimmten Wert leiten, geeignet für den Fall, dass die Quelle an VCC (High-End-Laufwerk) angeschlossen ist. Obwohl PMOS problemlos als High-End-Treiber verwendet werden kann, wird NMOS aufgrund des großen Einschaltwiderstands, des hohen Preises und der wenigen Ersatztypen normalerweise in High-End-Treibern verwendet.

Verpackungs-MOSFET-Schaltröhrenverluste, egal ob NMOS oder PMOS, nach der Leitung gibt es einen Einschaltwiderstand, so dass der Strom in diesem Widerstand Energie verbraucht. Dieser Teil der verbrauchten Energie wird als Leitungsverlust bezeichnet. Die Auswahl eines MOSFET mit einem kleinen Einschaltwiderstand verringert den Leitungsverlust. Heutzutage liegt der Einschaltwiderstand von kleinen Leistungs-MOSFETs im Allgemeinen bei etwa mehreren zehn Milliohm, und es sind auch einige Milliohm möglich. Der MOS darf nicht sofort fertiggestellt sein, wenn er leitet und abschaltet. Die Spannung auf beiden Seiten des MOS hat einen Der Prozess nimmt ab und der Strom, der durch ihn fließt, nimmt zu. Während dieser Zeit ist der Verlust des MOSFET das Produkt aus Spannung und Strom, was als Schaltverlust bezeichnet wird. Normalerweise ist der Schaltverlust viel größer als der Leitungsverlust, und je schneller die Schaltfrequenz, desto größer der Verlust. Das Produkt aus Spannung und Strom zum Zeitpunkt der Leitung ist sehr groß, was zu großen Verlusten führt.

Eine Verkürzung der Schaltzeit verringert den Verlust bei jeder Leitung; Durch die Reduzierung der Schaltfrequenz verringert sich die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit. Beide Ansätze können die Schaltverluste reduzieren. Das Produkt aus Spannung und Strom zum Zeitpunkt der Leitung ist groß und der daraus resultierende Verlust ist ebenfalls groß. Eine Verkürzung der Schaltzeit kann den Verlust bei jeder Leitung verringern; Durch eine Reduzierung der Schaltfrequenz kann die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit verringert werden. Beide Ansätze können die Schaltverluste reduzieren. Ansteuerung Im Vergleich zu Bipolartransistoren wird allgemein angenommen, dass zum Einschalten eines gehäusten MOSFETs kein Strom erforderlich ist, solange die GS-Spannung über einem bestimmten Wert liegt. Das ist einfach, wir brauchen aber auch Geschwindigkeit. Die Struktur des gekapselten MOSFET lässt sich anhand der parasitären Kapazität zwischen GS und GD erkennen, und die Ansteuerung des MOSFET erfolgt tatsächlich durch das Laden und Entladen der Kapazität. Das Laden des Kondensators erfordert einen Strom, da das sofortige Laden des Kondensators als Kurzschluss angesehen werden kann, sodass der Momentanstrom größer ist. Das erste, was bei der Auswahl/Entwurf eines MOSFET-Treibers zu beachten ist, ist die Größe des momentanen Kurzschlussstroms, der bereitgestellt werden kann.

Zweitens ist zu beachten, dass die Ein-Zeit-Gate-Spannung bei der Verwendung in High-End-NMOS-Antrieben im Allgemeinen größer als die Source-Spannung sein muss. High-End-Antriebs-MOSFET-Leitungsquellenspannung und Drain-Spannung (VCC) sind gleich, sodass die Gate-Spannung 4 V oder 10 V größer ist als VCC. Wenn wir im selben System eine größere Spannung als VCC erhalten möchten, müssen wir uns darauf spezialisieren Boosting-Schaltungen. Viele Motortreiber verfügen über integrierte Ladungspumpen. Es ist wichtig zu beachten, dass Sie die entsprechende externe Kapazität wählen sollten, um genügend Kurzschlussstrom zum Antreiben des MOSFET zu erhalten. Als Durchlassspannung des MOSFET werden üblicherweise 4 V oder 10 V verwendet. Natürlich muss das Design einen gewissen Spielraum haben. Je höher die Spannung, desto schneller ist die Einschaltgeschwindigkeit und desto geringer ist der Einschaltwiderstand. Heutzutage gibt es MOSFETs mit geringerer Durchlassspannung, die in verschiedenen Bereichen verwendet werden, aber in 12-V-Automobilelektroniksystemen reichen im Allgemeinen 4 V Durchlassspannung aus. MOSFET-Ansteuerschaltung und deren Verlust.