1. نوع و ساختار لوله MOS

ماسفت نوعی FET است (دیگری JFET است) که می تواند به حالت بهبود یا حالت تخلیه، کانال P یا کانال N، در مجموع 4 نوع تبدیل شود، اما در واقع فقط MOS کانال N با حالت بهبود است. استفاده شده. لوله و لوله MOS کانال پیشرفته P، بنابراین معمولاً NMOS ذکر می شود یا PMOS به این دو اشاره دارد.

در مورد اینکه چرا از لوله های MOS نوع تخلیه استفاده نمی شود، توصیه نمی شود که به انتهای آن بروید.

برای این دو لوله MOS پیشرفته، NMOS بیشتر استفاده می شود. دلیل آن این است که مقاومت روی آن کوچک است و ساخت آن آسان است. بنابراین، در کاربرد منبع تغذیه سوئیچینگ و درایو موتور، به طور کلی از NMOS استفاده می شود. در مقدمه زیر عمدتا از NMOS استفاده شده است.

بین سه پین ​​لوله MOS ظرفیت انگلی وجود دارد که آن چیزی نیست که ما نیاز داریم، بلکه به دلیل محدودیت در فرآیند تولید ایجاد می شود. وجود خازن انگلی طراحی یا انتخاب مدار محرک را با مشکل بیشتری مواجه می کند، اما راهی برای اجتناب از آن وجود ندارد که در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

در نمودار شماتیک لوله MOS مشاهده می شود که بین درین و منبع یک دیود انگلی وجود دارد. این دیود بدنه نامیده می شود و هنگام رانندگی یک بار القایی (مانند موتور) بسیار مهم است. به هر حال، دیود بدنه فقط در یک ترانزیستور MOS وجود دارد و معمولاً در داخل تراشه مدار مجتمع وجود ندارد.

2. ویژگی های هدایت لوله MOS

هدایت یعنی عمل کردن به عنوان یک کلید که معادل بستن کلید است.

با توجه به ویژگی های NMOS، اگر Vgs بزرگتر از مقدار مشخصی باشد، روشن می شود. تا زمانی که ولتاژ گیت به 4 ولت یا 10 ولت برسد، برای شرایطی که منبع به زمین متصل است (درایو پایین رده) مناسب است.

ویژگی های PMOS، Vgs کمتر از مقدار مشخصی روشن می شود، مناسب برای وضعیتی که منبع به VCC (درایو پیشرفته) متصل است. با این حال، اگرچه PMOS را می توان به راحتی به عنوان یک درایو پیشرفته استفاده کرد، NMOS معمولاً در درایوهای پیشرفته به دلیل مقاومت زیاد، قیمت بالا و انواع جایگزینی کمی که دارد استفاده می شود.

3. از دست دادن لوله سوئیچ MOS

چه NMOS باشد و چه PMOS، پس از روشن شدن، یک مقاومت در حالت روشن وجود دارد، به طوری که جریان روی این مقاومت انرژی مصرف می‌کند و این بخش از انرژی مصرف شده، تلفات رسانایی نامیده می‌شود. انتخاب یک لامپ MOS با مقاومت روشن کوچک، تلفات رسانایی را کاهش می‌دهد. مقاومت روشن لامپ MOS کم مصرف فعلی عموماً حدود ده‌ها میلی اهم است و همچنین چندین میلی اهم نیز وجود دارد.

وقتی MOS روشن و خاموش می شود، نباید در یک لحظه کامل شود. ولتاژ در هر دو انتهای MOS روند نزولی دارد و جریان جریان روند افزایشی دارد. در این مدت تلفات لوله MOS حاصلضرب ولتاژ و جریان است که به آن تلفات سوئیچینگ می گویند. معمولا تلفات سوئیچینگ بسیار بزرگتر از تلفات هدایت است و هر چه فرکانس سوئیچینگ سریعتر باشد تلفات بیشتر است.

حاصلضرب ولتاژ و جریان در لحظه روشن شدن بسیار زیاد است و تلفات ایجاد شده نیز بسیار زیاد است. کوتاه کردن زمان تعویض می تواند تلفات را در هر روشن شدن کاهش دهد. کاهش فرکانس سوئیچینگ می تواند تعداد سوئیچینگ ها را در واحد زمان کاهش دهد. هر دو روش می توانند تلفات سوئیچینگ را کاهش دهند.

4. درایور لوله MOS

در مقایسه با ترانزیستورهای دوقطبی، عموماً اعتقاد بر این است که برای روشن کردن لوله MOS به جریانی نیاز نیست، تا زمانی که ولتاژ GS از مقدار معینی بالاتر باشد، کافی است. انجام این کار آسان است، اما ما به سرعت نیز نیاز داریم.

در ساختار لوله MOS مشاهده می شود که بین GS و GD یک ظرفیت انگلی وجود دارد و حرکت لوله MOS در واقع شارژ و دشارژ خازن است. شارژ خازن نیاز به جریان دارد، زیرا در لحظه شارژ خازن، خازن را می توان به عنوان یک اتصال کوتاه در نظر گرفت، بنابراین جریان لحظه ای نسبتاً زیاد خواهد بود. اولین چیزی که هنگام انتخاب/طراحی درایور لوله MOS باید به آن توجه کرد، میزان جریان اتصال کوتاه لحظه ای است که می تواند ارائه شود.

نکته دومی که باید به آن توجه کرد این است که NMOS که عموماً برای رانندگی در سمت بالا استفاده می شود، باید زمانی روشن شود که ولتاژ گیت از ولتاژ منبع بیشتر باشد. ولتاژ منبع ترانزیستور MOS با سمت بالا با ولتاژ تخلیه (VCC) در هنگام روشن شدن یکسان است، بنابراین ولتاژ گیت در این زمان 4 ولت یا 10 ولت بزرگتر از VCC است. اگر در همان سیستم، برای به دست آوردن ولتاژ بزرگتر از VCC، یک مدار بوست ویژه لازم است. بسیاری از درایورهای موتور یک پمپ شارژ را یکپارچه می کنند. لازم به ذکر است که یک خازن خارجی مناسب باید انتخاب شود تا جریان اتصال کوتاه کافی برای راه اندازی لوله MOS بدست آید.

4 ولت یا 10 ولت که در بالا ذکر شد ولتاژ روشن شدن لوله MOS است که معمولاً استفاده می شود و البته باید حاشیه خاصی در طراحی وجود داشته باشد. و هر چه ولتاژ بالاتر باشد سرعت روشن شدن سریعتر و مقاومت روشن کمتر می شود. در حال حاضر لوله های MOS با ولتاژ روشن کمتری نیز وجود دارد که در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، اما در سیستم های الکترونیکی خودرو 12 ولت، به طور کلی رسانایی 4 ولت کافی است.

برای مدار درایو تیوب MOS و از دست دادن آن می توانید به AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFET های میکروچیپ مراجعه کنید. خیلی مفصل است، بنابراین قصد ندارم بیشتر بنویسم.

5. مدار کاربرد لوله MOS

مهمترین ویژگی لوله های MOS ویژگی های سوئیچینگ خوب آنها است، بنابراین آنها به طور گسترده در مدارهایی که نیاز به سوئیچ های الکترونیکی دارند، مانند منابع تغذیه سوئیچینگ و درایوهای موتور استفاده می شوند.

تجزیه و تحلیل 5 منبع تغذیه سوئیچینگ متداول استفاده شده ماسفت مدارهای رانندگی

هنگام استفاده از ماسفت ها برای طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ، اکثر مردم مقاومت روشن، حداکثر ولتاژ و حداکثر جریان ماسفت را در نظر می گیرند. اما در بسیاری از موارد فقط این عوامل در نظر گرفته می شوند. چنین مداری ممکن است به طور معمول کار کند، اما راه حل طراحی خوبی نیست. با جزئیات بیشتر، MOSFET باید پارامترهای انگلی خود را نیز در نظر بگیرد. برای یک ماسفت خاص، مدار محرک آن، حداکثر جریان خروجی توسط پین محرک، نرخ افزایش و غیره بر عملکرد سوئیچینگ ماسفت تأثیر می گذارد.

هنگامی که آی سی برق و لوله MOS انتخاب می شوند، انتخاب یک مدار محرک مناسب برای اتصال آی سی برق و لوله MOS بسیار مهم است.

یک مدار درایور ماسفت خوب شرایط زیر را دارد:

(1) هنگامی که سوئیچ روشن است، مدار درایو باید بتواند جریان شارژ به اندازه کافی بزرگ را برای افزایش سریع ولتاژ بین دروازه و منبع ماسفت تا مقدار مورد نیاز فراهم کند تا اطمینان حاصل شود که کلید می تواند به سرعت روشن می شود و هیچ نوسانی با فرکانس بالا در لبه بالارونده وجود ندارد.

(2) مدار درایو می تواند اطمینان حاصل کند که ولتاژ بین گیت و منبع ماسفت در طول دوره روشن شدن ثابت و به طور قابل اعتماد روشن می شود.

(3) مدار درایو در لحظه خاموش شدن می تواند مسیری با کمترین امپدانس ممکن برای تخلیه سریع ولتاژ خازن بین دروازه و منبع ماسفت فراهم کند تا اطمینان حاصل شود که لوله سوئیچ می تواند سریع خاموش شد

(4) ساختار مدار رانندگی ساده و قابل اعتماد است و تلفات آن اندک است.

(5) با توجه به موقعیت، ایزوله را اعمال کنید.

آیا لامپ‌های MOS و مدارهای درایو IGBT ولتاژ یا جریان را هدایت می‌کنند؟

هر دو لوله MOS و IDBT اجزای ولتاژ محور هستند. یعنی ولتاژ گیت جریان تخلیه یا کلکتور را کنترل می کند.