Erstens ist der MOSFET-Typ und die Struktur, MOSFET ist ein FET (ein anderer ist JFET), in insgesamt vier Typen vom Typ „Enhanced“ oder „Depletion“ (P-Kanal oder N-Kanal) hergestellt werden, aber die tatsächliche Anwendung ist nur der Typ „Enhanced N“. -Kanal-MOSFETs und erweiterte P-Kanal-MOSFETs, die normalerweise als NMOSFET bezeichnet werden, oder PMOSFET bezieht sich auf die so genannten NMOSFETs, oder PMOSFET bezieht sich auf diese beiden Arten. Für diese beiden Arten von erweiterten MOSFETs werden NMOSFETs aufgrund ihres geringen Einschaltwiderstands und ihrer einfachen Herstellung häufiger verwendet. Daher werden NMOSFETs im Allgemeinen in Schaltnetzteilen und Motorantriebsanwendungen verwendet, und die folgende Einführung konzentriert sich auch auf NMOSFETs. Zwischen den drei Pins des ist eine parasitäre Kapazität vorhandenMOSFET, was nicht erforderlich ist, sondern auf die Einschränkungen des Herstellungsprozesses zurückzuführen ist. Das Vorhandensein einer parasitären Kapazität macht es etwas schwierig, eine Treiberschaltung zu entwerfen oder auszuwählen. Zwischen Drain und Source befindet sich 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 in einzelnen MOSFETs vorhanden und befindet sich normalerweise nicht im Inneren eines IC-Chips.
Nun dieMOSFETFahren Sie Niederspannungsanwendungen, wenn Sie eine 5-V-Stromversorgung verwenden. Wenn Sie diesmal die traditionelle Totem-Pole-Struktur verwenden, fällt die Spannung aufgrund des Transistors um etwa 0,7 V ab, was dazu führt, dass die tatsächliche Spannung nur am Gate hinzugefügt wird 4,3 V. Zu diesem Zeitpunkt wählen wir die nominale Gate-Spannung des MOSFET von 4,5 V, da bestimmte Risiken bestehen. Das gleiche Problem tritt bei der Verwendung von 3V- oder anderen Niederspannungsnetzteilen auf. In einigen Steuerkreisen wird eine Doppelspannung verwendet, bei der der Logikabschnitt eine typische digitale Spannung von 5 V oder 3,3 V und der Leistungsabschnitt 12 V oder sogar mehr verwendet. Die Verbindung der beiden Spannungen erfolgt über eine gemeinsame Masse. Dies erfordert die Verwendung einer Schaltung, die es der Niederspannungsseite ermöglicht, den MOSFET auf der Hochspannungsseite effektiv zu steuern, während der MOSFET auf der Hochspannungsseite mit den gleichen Problemen konfrontiert ist, die in 1 und 2 erwähnt wurden.
In allen drei Fällen kann die Totem-Pole-Struktur die Ausgangsanforderungen nicht erfüllen, und viele handelsübliche MOSFET-Treiber-ICs scheinen keine Gate-Spannungsbegrenzungsstruktur zu enthalten. Die Eingangsspannung ist kein fester Wert, sie variiert mit der Zeit oder anderen Faktoren. Diese Variation führt dazu, dass die von der PWM-Schaltung an den MOSFET gelieferte Ansteuerspannung instabil ist. Um den MOSFET vor hohen Gate-Spannungen zu schützen, verfügen viele MOSFETs über eingebaute Spannungsregler, die die Amplitude der Gate-Spannung zwangsweise begrenzen. Wenn in diesem Fall die Antriebsspannung höher ist als die des Spannungsreglers, führt dies gleichzeitig zu einem hohen statischen Stromverbrauch. Wenn Sie einfach das Prinzip des Widerstandsspannungsteilers verwenden, um die Gate-Spannung zu reduzieren, ist die Gate-Spannung relativ hoch Eingangsspannung, dieMOSFETfunktioniert gut, während die Eingangsspannung reduziert wird, wenn die Gate-Spannung nicht ausreicht, um eine unvollständige Leitung zu verursachen, wodurch der Stromverbrauch steigt.
Die relativ übliche Schaltung hier ist nur eine einfache Analyse für die NMOSFET-Treiberschaltung: Vl und Vh sind die Low-End- und High-End-Stromversorgung, die beiden Spannungen können gleich sein, aber Vl sollte Vh nicht überschreiten. Q1 und Q2 bilden einen umgekehrten Totempfahl, der zur Isolation dient und gleichzeitig sicherstellt, dass die beiden Treiberröhren Q3 und Q4 nicht gleichzeitig leitend sind. R2 und R3 stellen eine PWM-Spannung bereit. R2 und R3 stellen die PWM-Spannungsreferenz bereit. Durch Ändern dieser Referenz können Sie die Schaltung in einer relativ steilen und geraden Wellenform des PWM-Signals arbeiten lassen. Q3 und Q4 werden verwendet, um den Antriebsstrom bereitzustellen. Aufgrund der Einschaltzeit weisen Q3 und Q4 im Verhältnis zu Vh und GND nur einen minimalen Vce-Spannungsabfall auf. Dieser Spannungsabfall beträgt normalerweise nur etwa 0,3 V und ist damit viel geringer als 0,7 V Vce. R5 und R6 sind die Rückkopplungswiderstände, die für das Gate verwendet werden. R5 und R6 sind Rückkopplungswiderstände, die zum Abtasten der Gate-Spannung verwendet werden, die dann durch Q5 geleitet wird, um eine starke negative Rückkopplung an den Basen von Q1 und Q2 zu erzeugen und somit zu begrenzen die Gate-Spannung auf einen endlichen Wert. Dieser Wert kann mit R5 und R6 angepasst werden. Schließlich sorgt R1 für die Begrenzung des Basisstroms zu Q3 und Q4, und R4 sorgt für die Begrenzung des Gate-Stroms zu den MOSFETs, was die Begrenzung des Ice von Q3Q4 darstellt. Über R4 kann bei Bedarf ein Beschleunigungskondensator parallel geschaltet werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. April 2024
