1. Type et structure du tube MOS

Le MOSFET est un type de FET (l'autre étant le JFET), qui peut être transformé en mode d'enrichissement ou en mode d'appauvrissement, canal P ou canal N. Il existe quatre types au total, mais seul le MOS canal N en mode d'enrichissement est réellement utilisé. On parle généralement de tube et de tube MOS canal P amélioré, c'est-à-dire de NMOS, ou de PMOS.

Quant à savoir pourquoi ne pas utiliser des tubes MOS de type déplétion, il n'est pas recommandé d'aller au fond des choses.

Pour ces deux tubes MOS améliorés, le NMOS est plus couramment utilisé. La raison en est que la résistance à l'état passant est petite et facile à fabriquer. Par conséquent, dans les applications d’alimentation à découpage et de commande de moteur, NMOS est généralement utilisé. Dans l’introduction suivante, NMOS est principalement utilisé.

Il existe une capacité parasite entre les trois broches du tube MOS, ce qui n'est pas ce dont nous avons besoin, mais est provoquée par la limitation du processus de fabrication. L'existence d'une capacité parasite rend plus difficile la conception ou la sélection du circuit de commande, mais il n'existe aucun moyen de l'éviter, ce qui sera décrit en détail ultérieurement.

Le schéma du tube MOS montre la présence d'une diode parasite entre le drain et la source. Appelée diode de corps, elle est essentielle pour piloter une charge inductive (comme un moteur). À noter que cette diode n'existe que dans un seul transistor MOS et n'est généralement pas présente dans le circuit intégré.

2. Caractéristiques de conduction du tube MOS

La conduction signifie agir comme un interrupteur, ce qui équivaut à fermer l'interrupteur.

Selon les caractéristiques du NMOS, si Vgs est supérieur à une certaine valeur, il sera activé. Il convient à la situation où la source est mise à la terre (entraînement bas de gamme), tant que la tension de grille atteint 4 V ou 10 V.

Les caractéristiques du PMOS, Vgs est inférieur à une certaine valeur sera activé, adapté à la situation où la source est connectée à VCC (lecteur haut de gamme). Cependant, bien que le PMOS puisse être facilement utilisé comme disque haut de gamme, le NMOS est généralement utilisé dans les disques haut de gamme en raison de sa grande résistance à l'état passant, de son prix élevé et du peu de types de remplacement.

3. Perte du tube de commutation MOS

Qu'il s'agisse d'un NMOS ou d'un PMOS, une résistance à l'état passant est présente après la mise sous tension. Le courant consomme donc de l'énergie sur cette résistance. Cette partie de l'énergie consommée est appelée perte de conduction. Choisir un tube MOS avec une faible résistance à l'état passant permet de réduire cette perte. La résistance à l'état passant d'un tube MOS basse consommation actuel est généralement de l'ordre de quelques dizaines de milliohms, voire de plusieurs milliohms.

Lorsque MOS est activé et désactivé, il ne doit pas être terminé en un instant. La tension aux deux extrémités du MOS suit un processus décroissant et le courant circulant suit un processus croissant. Pendant ce temps, la perte du tube MOS est le produit de la tension et du courant, appelée perte de commutation. Habituellement, les pertes de commutation sont beaucoup plus importantes que les pertes de conduction, et plus la fréquence de commutation est rapide, plus les pertes sont importantes.

Le produit de la tension et du courant au moment de la mise sous tension est très important, et la perte provoquée est également très importante. Le raccourcissement du temps de commutation peut réduire la perte à chaque mise sous tension ; la réduction de la fréquence de commutation peut réduire le nombre de commutations par unité de temps. Les deux approches peuvent réduire les pertes de commutation.

4. Pilote de tube MOS

Par rapport aux transistors bipolaires, on pense généralement qu'aucun courant n'est nécessaire pour allumer le tube MOS, tant que la tension GS est supérieure à une certaine valeur, cela suffit. C’est facile à faire, mais nous avons aussi besoin de rapidité.

On peut voir dans la structure du tube MOS qu'il existe une capacité parasite entre GS et GD, et le pilotage du tube MOS est en fait la charge et la décharge du condensateur. Le chargement du condensateur nécessite un courant, car le condensateur peut être considéré comme un court-circuit au moment de la charge du condensateur, le courant instantané sera donc relativement important. La première chose à laquelle il faut prêter attention lors de la sélection/conception d'un pilote de tube MOS est la quantité de courant de court-circuit instantané qui peut être fournie.

Le deuxième point à noter est que le NMOS, qui est généralement utilisé pour le pilotage côté haut, doit être activé lorsque la tension de grille est supérieure à la tension de source. La tension source du transistor MOS piloté côté haut est la même que la tension de drain (VCC) lorsqu'il est activé, donc la tension de grille est de 4 V ou 10 V supérieure à VCC à ce moment. Si dans le même système, pour obtenir une tension supérieure à VCC, un circuit élévateur spécial est requis. De nombreux pilotes de moteur intègrent une pompe de charge. Il convient de noter qu'un condensateur externe approprié doit être sélectionné pour obtenir suffisamment de courant de court-circuit pour piloter le tube MOS.

Le 4 V ou 10 V mentionné ci-dessus est la tension d'activation du tube MOS couramment utilisé, et bien sûr, il doit y avoir une certaine marge dans la conception. Et plus la tension est élevée, plus la vitesse d'allumage est rapide et plus la résistance à l'allumage est faible. Il existe désormais également des tubes MOS avec des tensions d'activation plus petites, utilisés dans différents domaines, mais dans les systèmes électroniques automobiles 12 V, une conduction 4 V suffit généralement.

Pour le circuit de commande du tube MOS et ses pertes, vous pouvez vous référer au document AN799 de Microchip, « MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs ». Il est très détaillé, je n'envisage donc pas d'en dire plus.

5. Circuit d'application de tube MOS

La caractéristique la plus importante des tubes MOS réside dans leurs bonnes caractéristiques de commutation. Ils sont donc largement utilisés dans les circuits nécessitant des commutateurs électroniques, tels que les alimentations à découpage et les entraînements de moteur.

Analyse de 5 circuits de commande MOSFET d'alimentation à découpage couramment utilisés

Lors de la conception d'alimentations à découpage à base de MOSFET, la plupart des utilisateurs prennent en compte la résistance à l'état passant, la tension maximale et le courant maximal du MOSFET. Cependant, dans de nombreux cas, seuls ces facteurs sont pris en compte. Un tel circuit peut fonctionner normalement, mais il ne constitue pas une solution de conception optimale. Plus précisément, un MOSFET doit également prendre en compte ses propres paramètres parasites. Pour un MOSFET donné, son circuit de commande, le courant de crête délivré par sa broche de commande, sa vitesse de montée, etc., influencent ses performances de commutation.

Lorsque le circuit intégré de puissance et le tube MOS sont sélectionnés, il est particulièrement important de sélectionner un circuit de commande approprié pour connecter le circuit intégré de puissance et le tube MOS.

Un bon circuit de commande MOSFET a les exigences suivantes :

(1) Lorsque l'interrupteur est allumé, le circuit d'entraînement doit être capable de fournir un courant de charge suffisamment important pour augmenter rapidement la tension entre la grille et la source du MOSFET à la valeur requise, afin de garantir que l'interrupteur peut être allumé rapidement et qu'il n'y a pas d'oscillation haute fréquence du front montant.

(2) Le circuit d'entraînement peut garantir que la tension entre la grille et la source du MOSFET reste stable et activée de manière fiable pendant la période de mise sous tension.

(3) Le circuit d'attaque au moment de la mise hors tension peut fournir un chemin avec l'impédance la plus faible possible pour la décharge rapide de la tension du condensateur entre la grille et la source du MOSFET, afin de garantir que le tube de commutation puisse être éteint rapidement.

(4) La structure du circuit de commande est simple et fiable, et la perte est faible.

(5) Appliquer l'isolement selon la situation.

Les tubes MOS et les circuits d'entraînement IGBT entraînent-ils une tension ou un courant ?

Les tubes MOS et IDBT sont des composants pilotés par tension. Autrement dit, la tension de grille contrôle le courant de drain ou de collecteur.