1. Tipo y estructura del tubo MOS.

MOSFET es un tipo de FET (el otro es JFET), que se puede convertir en modo de mejora o modo de agotamiento, canal P o canal N, un total de 4 tipos, pero solo el MOS de canal N en modo de mejora es en realidad usado. Tubo y tubo MOS de canal P mejorado, por lo que generalmente se menciona NMOS, o PMOS se refiere a estos dos.

En cuanto a por qué no utilizar tubos MOS de tipo empobrecido, no se recomienda llegar al fondo del asunto.

Para estos dos tubos MOS mejorados, se utiliza más comúnmente NMOS. La razón es que la resistencia es pequeña y fácil de fabricar. Por lo tanto, en la aplicación de fuente de alimentación conmutada y accionamiento de motor, generalmente se utiliza NMOS. En la siguiente introducción, se utiliza principalmente NMOS.

Existe una capacitancia parásita entre los tres pines del tubo MOS, que no es lo que necesitamos, pero se debe a la limitación del proceso de fabricación. La existencia de capacitancia parásita hace que sea más problemático diseñar o seleccionar el circuito de activación, pero no hay forma de evitarlo, lo que se describirá en detalle más adelante.

Se puede ver en el diagrama esquemático del tubo MOS que hay un diodo parásito entre el drenaje y la fuente. Esto se llama diodo del cuerpo y es muy importante cuando se acciona una carga inductiva (como un motor). Por cierto, el diodo del cuerpo sólo existe en un único transistor MOS y, por lo general, no existe dentro del chip del circuito integrado.

2. Características de conducción del tubo MOS

Conducción significa actuar como un interruptor, lo que equivale a cerrar el interruptor.

Según las características de NMOS, si Vgs es mayor que un cierto valor, se activará. Es adecuado para situaciones en las que la fuente está conectada a tierra (variador de gama baja), siempre que el voltaje de la puerta alcance 4 V o 10 V.

Las características de PMOS, Vgs son inferiores a un cierto valor, lo que es adecuado para la situación cuando la fuente está conectada a VCC (unidad de gama alta). Sin embargo, aunque PMOS se puede usar fácilmente como unidad de alta gama, NMOS generalmente se usa en unidades de alta gama debido a su gran resistencia, alto precio y pocos tipos de reemplazo.

3. Pérdida del tubo del interruptor MOS

Ya sea NMOS o PMOS, existe una resistencia de encendido tras su activación, por lo que la corriente consume energía en esta resistencia. Esta parte de la energía consumida se denomina pérdida de conducción. Seleccionar un tubo MOS con una resistencia de encendido baja reducirá la pérdida de conducción. La resistencia de encendido de un tubo MOS de baja potencia actual suele rondar las decenas de miliohmios, aunque también puede alcanzar varios.

Cuando MOS se enciende y apaga, no debe completarse en un instante. El voltaje en ambos extremos del MOS tiene un proceso de caída y la corriente que fluye tiene un proceso de aumento. Durante este tiempo, la pérdida del tubo MOS es el producto del voltaje y la corriente, lo que se denomina pérdida de conmutación. Por lo general, las pérdidas por conmutación son mucho mayores que las pérdidas por conducción y cuanto más rápida sea la frecuencia de conmutación, mayores serán las pérdidas.

El producto del voltaje y la corriente en el momento del encendido es muy grande y la pérdida causada también es muy grande. Acortar el tiempo de conmutación puede reducir la pérdida en cada encendido; Reducir la frecuencia de conmutación puede reducir el número de conmutaciones por unidad de tiempo. Ambos enfoques pueden reducir las pérdidas por conmutación.

4. Controlador de tubo MOS

En comparación con los transistores bipolares, generalmente se cree que no se requiere corriente para encender el tubo MOS, siempre que el voltaje GS sea superior a un cierto valor, es suficiente. Esto es fácil de hacer, pero también necesitamos velocidad.

Se puede ver en la estructura del tubo MOS que existe una capacitancia parásita entre GS y GD, y el accionamiento del tubo MOS es en realidad la carga y descarga del condensador. Cargar el capacitor requiere una corriente, porque el capacitor puede considerarse como un cortocircuito en el momento de cargarlo, por lo que la corriente instantánea será relativamente grande. Lo primero a lo que hay que prestar atención al seleccionar/diseñar un controlador de tubo MOS es la cantidad de corriente de cortocircuito instantánea que se puede proporcionar.

El segundo punto a tener en cuenta es que el NMOS, que generalmente se usa para la conducción del lado alto, debe activarse cuando el voltaje de la puerta es mayor que el voltaje de la fuente. El voltaje de fuente del transistor MOS activado por el lado alto es el mismo que el voltaje de drenaje (VCC) cuando está encendido, por lo que el voltaje de compuerta es 4 V o 10 V mayor que VCC en este momento. Si está en el mismo sistema, para obtener un voltaje mayor que VCC, se requiere un circuito de refuerzo especial. Muchos controladores de motor integran una bomba de carga. Cabe señalar que se debe seleccionar un condensador externo apropiado para obtener suficiente corriente de cortocircuito para accionar el tubo MOS.

Los 4V o 10V mencionados anteriormente son el voltaje de encendido del tubo MOS de uso común y, por supuesto, debe haber un cierto margen en el diseño. Y cuanto mayor sea el voltaje, más rápida será la velocidad de encendido y menor será la resistencia de encendido. Ahora también se utilizan tubos MOS con voltajes de encendido más pequeños en diferentes campos, pero en sistemas electrónicos automotrices de 12 V, generalmente la conducción de 4 V es suficiente.

Para conocer el circuito de accionamiento del tubo MOS y su pérdida, puede consultar AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs de Microchip. Es muy detallado, así que no planeo escribir más.

5. Circuito de aplicación del tubo MOS

La característica más importante de los tubos MOS son sus buenas características de conmutación, por lo que se utilizan ampliamente en circuitos que requieren interruptores electrónicos, como fuentes de alimentación conmutadas y variadores de motor.

Análisis de cinco circuitos de conducción MOSFET de fuentes de alimentación conmutadas de uso común

Al utilizar MOSFET para diseñar fuentes de alimentación conmutadas, la mayoría de las personas considerarán la resistencia de encendido, el voltaje máximo y la corriente máxima del MOSFET. Pero en muchos casos sólo se consideran estos factores. Un circuito de este tipo puede funcionar normalmente, pero no es una buena solución de diseño. Más detalladamente, MOSFET también debería considerar sus propios parámetros parásitos. Para un determinado MOSFET, su circuito impulsor, la corriente máxima de salida del pasador impulsor, la tasa de aumento, etc., afectarán el rendimiento de conmutación del MOSFET.

Cuando se seleccionan el IC de potencia y el tubo MOS, es particularmente importante seleccionar un circuito conductor adecuado para conectar el IC de potencia y el tubo MOS.

Un buen circuito controlador MOSFET tiene los siguientes requisitos:

(1) Cuando se enciende el interruptor, el circuito de control debe poder proporcionar una corriente de carga suficientemente grande para aumentar rápidamente el voltaje entre la puerta y la fuente del MOSFET al valor requerido, a fin de garantizar que el interruptor pueda ser se enciende rápidamente y no hay oscilación de alta frecuencia del flanco ascendente.

(2) El circuito de accionamiento puede garantizar que el voltaje entre la puerta y la fuente del MOSFET permanezca estable y encendido de manera confiable durante el período de encendido.

(3) El circuito de accionamiento en el momento del apagado puede proporcionar un camino con la impedancia más baja posible para la descarga rápida del voltaje del capacitor entre la puerta y la fuente del MOSFET, a fin de garantizar que el tubo del interruptor pueda ser se apagó rápidamente.

(4) La estructura del circuito de conducción es simple y confiable, y la pérdida es pequeña.

(5) Aplicar aislamiento según la situación.

¿Los tubos MOS y los circuitos de control IGBT controlan voltaje o corriente?

Tanto los tubos MOS como los IDBT son componentes accionados por voltaje. Es decir, el voltaje de la compuerta controla la corriente de drenaje o colector.