1. Jenis dan struktur tabung MOS

MOSFET adalah jenis FET (yang lainnya adalah JFET), yang dapat dibuat menjadi mode peningkatan atau mode penipisan, saluran-P atau saluran-N, total ada 4 jenis, tetapi hanya MOS saluran-N mode peningkatan yang sebenarnya digunakan. Tabung dan tabung MOS saluran P yang disempurnakan, jadi NMOS biasanya disebutkan, atau PMOS mengacu pada keduanya.

Adapun mengapa tidak menggunakan tabung MOS tipe deplesi, tidak disarankan untuk sampai ke bagian bawahnya.

Untuk dua tabung MOS yang ditingkatkan ini, NMOS lebih umum digunakan. Alasannya adalah resistansi on-nya kecil dan mudah dibuat. Oleh karena itu, dalam penerapan switching power supply dan penggerak motor, NMOS umumnya digunakan. Dalam pendahuluan berikut, NMOS terutama digunakan.

Terdapat kapasitansi parasit antara ketiga pin tabung MOS, yang tidak kita perlukan, tetapi disebabkan oleh keterbatasan proses pembuatannya. Keberadaan kapasitansi parasit membuat perancangan atau pemilihan rangkaian penggerak menjadi lebih merepotkan, namun tidak ada cara untuk menghindarinya, yang akan dijelaskan secara rinci nanti.

Terlihat pada diagram skema tabung MOS terdapat dioda parasit antara saluran dan sumber. Ini disebut dioda badan dan sangat penting ketika menggerakkan beban induktif (seperti motor). Omong-omong, dioda badan hanya ada dalam satu transistor MOS, dan biasanya tidak ada di dalam chip sirkuit terintegrasi.

2. Karakteristik konduksi tabung MOS

Konduksi berarti bertindak sebagai saklar, yang setara dengan menutup saklar.

Sesuai dengan karakteristik NMOS, jika Vgs lebih besar dari nilai tertentu maka akan dihidupkan. Sangat cocok untuk situasi ketika sumber dibumikan (penggerak low-end), selama tegangan gerbang mencapai 4V atau 10V.

Ciri-ciri PMOS, Vgs akan menyala kurang dari nilai tertentu, cocok untuk situasi ketika sumber terhubung ke VCC (high-end drive). Namun, meskipun PMOS dapat dengan mudah digunakan sebagai drive kelas atas, NMOS biasanya digunakan pada drive kelas atas karena resistansinya yang besar, harga yang mahal, dan jenis pengganti yang sedikit.

3. Kehilangan tabung saklar MOS

Baik NMOS maupun PMOS, terdapat resistansi aktif setelah dinyalakan, sehingga arus akan mengonsumsi energi pada resistansi ini, dan bagian energi yang dikonsumsi ini disebut rugi konduksi. Memilih tabung MOS dengan resistansi aktif yang kecil akan mengurangi rugi konduksi. Resistansi aktif tabung MOS berdaya rendah umumnya sekitar puluhan miliohm, dan ada juga yang beberapa miliohm.

Saat MOS dihidupkan dan dimatikan tidak boleh selesai dalam sekejap. Tegangan pada kedua ujung MOS mengalami proses turun, dan arus yang mengalir mengalami proses naik. Selama ini, rugi-rugi tabung MOS merupakan hasil kali tegangan dan arus, yang disebut rugi-rugi switching. Biasanya rugi-rugi peralihan jauh lebih besar daripada rugi-rugi konduksi, dan semakin cepat frekuensi peralihan, semakin besar pula rugi-ruginya.

Hasil kali tegangan dan arus pada saat penyalaan sangat besar, dan kerugian yang ditimbulkan juga sangat besar. Memperpendek waktu peralihan dapat mengurangi kerugian pada setiap penyalaan; mengurangi frekuensi peralihan dapat mengurangi jumlah peralihan per satuan waktu. Kedua pendekatan tersebut dapat mengurangi kerugian peralihan.

4. driver tabung MOS

Dibandingkan dengan transistor bipolar, secara umum diyakini bahwa tidak diperlukan arus untuk menyalakan tabung MOS, selama tegangan GS lebih tinggi dari nilai tertentu, itu sudah cukup. Ini mudah dilakukan, tapi kita juga butuh kecepatan.

Terlihat pada struktur tabung MOS terdapat kapasitansi parasit antara GS dan GD, dan penggerak tabung MOS sebenarnya adalah pengisian dan pengosongan kapasitor. Pengisian kapasitor memerlukan arus, karena kapasitor dapat dikatakan mengalami hubung singkat pada saat kapasitor diisi, sehingga arus sesaat akan relatif besar. Hal pertama yang harus diperhatikan ketika memilih/merancang driver tabung MOS adalah besarnya arus hubung singkat sesaat yang dapat disediakan.

Hal kedua yang perlu diperhatikan adalah NMOS, yang umumnya digunakan untuk penggerak sisi tinggi, perlu dihidupkan ketika tegangan gerbang lebih besar dari tegangan sumber. Tegangan sumber transistor MOS yang digerakkan sisi tinggi sama dengan tegangan drain (VCC) ketika dihidupkan, sehingga tegangan gerbangnya 4V atau 10V lebih besar dari VCC saat ini. Jika dalam sistem yang sama, untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dari VCC diperlukan rangkaian boost khusus. Banyak pengemudi motor mengintegrasikan pompa pengisi daya. Perlu dicatat bahwa kapasitor eksternal yang sesuai harus dipilih untuk mendapatkan arus hubung singkat yang cukup untuk menggerakkan tabung MOS.

4V atau 10V yang disebutkan di atas merupakan tegangan nyala dari tabung MOS yang umum digunakan, dan tentunya perlu ada margin tertentu dalam desainnya. Dan semakin tinggi tegangannya, semakin cepat kecepatan penyalaannya dan semakin kecil resistansi penyalaannya. Sekarang juga terdapat tabung MOS dengan tegangan nyala lebih kecil yang digunakan di berbagai bidang, namun pada sistem elektronik otomotif 12V, umumnya konduksi 4V sudah cukup.

Untuk rangkaian penggerak tabung MOS dan kehilangannya, Anda dapat merujuk ke AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs Microchip. Ini sangat detail, jadi saya tidak berencana untuk menulis lebih banyak.

5. Rangkaian aplikasi tabung MOS

Fitur paling penting dari tabung MOS adalah karakteristik peralihannya yang baik, sehingga banyak digunakan di sirkuit yang memerlukan sakelar elektronik, seperti peralihan catu daya dan penggerak motor.

Analisis 5 Rangkaian Penggerak MOSFET Switching Power Supply yang Umum Digunakan

Saat menggunakan MOSFET untuk merancang catu daya switching, kebanyakan orang akan mempertimbangkan resistansi aktif, tegangan maksimum, dan arus maksimum MOSFET. Namun dalam banyak kasus, hanya faktor-faktor ini saja yang dipertimbangkan. Sirkuit seperti itu mungkin berfungsi normal, tetapi ini bukan solusi desain yang baik. Lebih rincinya, MOSFET juga harus mempertimbangkan parameter parasitnya sendiri. Untuk MOSFET tertentu, rangkaian penggeraknya, keluaran arus puncak oleh pin penggerak, laju kenaikan, dll., akan mempengaruhi kinerja peralihan MOSFET.

Ketika IC daya dan tabung MOS dipilih, sangat penting untuk memilih sirkuit penggerak yang sesuai untuk menghubungkan IC daya dan tabung MOS.

Rangkaian driver MOSFET yang baik mempunyai persyaratan sebagai berikut:

(1) Ketika sakelar dihidupkan, rangkaian penggerak harus mampu menyediakan arus pengisian yang cukup besar untuk dengan cepat meningkatkan tegangan antara gerbang dan sumber MOSFET ke nilai yang diperlukan, untuk memastikan bahwa sakelar dapat diaktifkan. menyala dengan cepat dan tidak ada osilasi frekuensi tinggi dari tepi naik.

(2) Rangkaian penggerak dapat memastikan bahwa tegangan antara gerbang dan sumber MOSFET tetap stabil dan menyala dengan andal selama periode penyalaan.

(3) Rangkaian penggerak pada saat dimatikan dapat menyediakan jalur dengan impedansi serendah mungkin untuk pelepasan tegangan kapasitor dengan cepat antara gerbang dan sumber MOSFET, untuk memastikan bahwa tabung sakelar dapat dimatikan dengan cepat.

(4) Struktur sirkuit penggeraknya sederhana dan andal, dan kerugiannya kecil.

(5) Terapkan isolasi sesuai situasi.

Apakah tabung MOS dan rangkaian penggerak IGBT menggerakkan tegangan atau arus?

Tabung MOS dan IDBT adalah komponen yang digerakkan oleh tegangan. Artinya, tegangan gerbang mengontrol arus pembuangan atau kolektor.