1. Tipo e estrutura do tubo MOS

MOSFET é um tipo de FET (o outro é JFET), que pode ser transformado em modo de aprimoramento ou modo de esgotamento, canal P ou canal N, um total de 4 tipos, mas apenas o MOS de canal N em modo de aprimoramento é realmente usado. Tubo e tubo MOS de canal P aprimorado, então NMOS é geralmente mencionado, ou PMOS se refere a esses dois.

Quanto ao motivo de não usar tubos MOS do tipo de depleção, não é recomendado ir ao fundo da questão.

Para esses dois tubos MOS aprimorados, o NMOS é mais comumente usado. A razão é que a resistência é pequena e fácil de fabricar. Portanto, na aplicação de fonte de alimentação chaveada e acionamento de motor, o NMOS é geralmente usado. Na introdução a seguir, o NMOS é usado principalmente.

Existe capacitância parasita entre os três pinos do tubo MOS, que não é o que precisamos, mas é causada pela limitação do processo de fabricação. A existência de capacitância parasita torna mais difícil projetar ou selecionar o circuito de acionamento, mas não há como evitá-la, o que será descrito em detalhes posteriormente.

Pode-se observar no diagrama esquemático do tubo MOS que existe um diodo parasita entre o dreno e a fonte. Isso é chamado de diodo corporal e é muito importante ao acionar uma carga indutiva (como um motor). A propósito, o diodo corporal existe apenas em um único transistor MOS e geralmente não existe dentro do chip do circuito integrado.

2. Características de condução do tubo MOS

Condução significa atuar como uma chave, o que equivale a fechar a chave.

De acordo com as características do NMOS, se Vgs for maior que um determinado valor, ele será ligado. É adequado para a situação em que a fonte está aterrada (drive low-end), desde que a tensão da porta atinja 4V ou 10V.

As características do PMOS, Vgs menor que um determinado valor serão ativadas, adequadas para a situação em que a fonte está conectada ao VCC (drive high-end). No entanto, embora o PMOS possa ser facilmente usado como uma unidade de última geração, o NMOS é geralmente usado em unidades de última geração devido à sua grande resistência, alto preço e poucos tipos de substituição.

3. Perda do tubo do interruptor MOS

Seja NMOS ou PMOS, há uma resistência de ativação após a ativação, de modo que a corrente consome energia dessa resistência, e essa parte da energia consumida é chamada de perda de condução. Selecionar uma válvula MOS com uma pequena resistência de ativação reduzirá a perda de condução. A resistência de ativação da válvula MOS de baixa potência geralmente gira em torno de dezenas de miliohms, e também pode chegar a vários miliohms.

Quando o MOS é ligado e desligado, ele não deve ser concluído em um instante. A tensão em ambas as extremidades do MOS tem um processo decrescente e a corrente que flui tem um processo ascendente. Durante esse tempo, a perda do tubo MOS é o produto da tensão e da corrente, que é chamada de perda de comutação. Normalmente, as perdas de comutação são muito maiores que as perdas de condução e, quanto mais rápida for a frequência de comutação, maiores serão as perdas.

O produto da tensão e da corrente no momento da ligação é muito grande, e a perda causada também é muito grande. Reduzir o tempo de comutação pode reduzir a perda a cada ligação; reduzir a frequência de comutação pode reduzir o número de comutação por unidade de tempo. Ambas as abordagens podem reduzir as perdas de comutação.

4. Driver de tubo MOS

Em comparação com os transistores bipolares, geralmente acredita-se que nenhuma corrente é necessária para ligar o tubo MOS, desde que a tensão GS seja superior a um determinado valor, é suficiente. Isso é fácil de fazer, mas também precisamos de velocidade.

Pode-se observar na estrutura do tubo MOS que existe uma capacitância parasita entre GS e GD, e o acionamento do tubo MOS é na verdade a carga e descarga do capacitor. Carregar o capacitor requer corrente, pois o capacitor pode ser considerado um curto-circuito no momento de carregar o capacitor, portanto a corrente instantânea será relativamente grande. A primeira coisa a se prestar atenção ao selecionar/projetar um driver de tubo MOS é a quantidade de corrente de curto-circuito instantânea que pode ser fornecida.

O segundo ponto a ser observado é que o NMOS, que geralmente é usado para acionamento no lado alto, precisa ser ligado quando a tensão da porta for maior que a tensão da fonte. A tensão da fonte do transistor MOS acionado no lado alto é a mesma que a tensão de dreno (VCC) quando ele está ligado, portanto, a tensão da porta é 4V ou 10V maior que VCC neste momento. Se estiver no mesmo sistema, para obter uma tensão maior que VCC, é necessário um circuito de reforço especial. Muitos drivers de motor integram uma bomba de carga. Deve-se notar que um capacitor externo apropriado deve ser selecionado para obter corrente de curto-circuito suficiente para acionar o tubo MOS.

Os 4V ou 10V mencionados acima são a tensão de ativação do tubo MOS comumente usado e, claro, precisa haver uma certa margem no design. E quanto maior a tensão, mais rápida será a velocidade de ativação e menor será a resistência de ativação. Agora também existem tubos MOS com tensões de ativação menores usados ​​em diferentes campos, mas em sistemas eletrônicos automotivos de 12V, geralmente a condução de 4V é suficiente.

Para o circuito de acionamento do tubo MOS e sua perda, você pode consultar AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs da Microchip. É muito detalhado, então não pretendo escrever mais.

5. Circuito de aplicação de tubo MOS

A característica mais significativa dos tubos MOS são suas boas características de comutação, por isso são amplamente utilizados em circuitos que requerem interruptores eletrônicos, como comutação de fontes de alimentação e acionamentos de motores.

Análise de 5 circuitos de acionamento MOSFET de fonte de alimentação comutada comumente usados

Ao usar MOSFETs para projetar fontes de alimentação chaveadas, a maioria das pessoas considerará a resistência de ligação, a tensão máxima e a corrente máxima do MOSFET. Mas em muitos casos, apenas estes factores são considerados. Tal circuito pode funcionar normalmente, mas não é uma boa solução de projeto. Mais detalhadamente, o MOSFET também deveria considerar seus próprios parâmetros parasitas. Para um determinado MOSFET, seu circuito de acionamento, a saída de corrente de pico pelo pino de acionamento, a taxa crescente, etc., afetarão o desempenho de comutação do MOSFET.

Quando o IC de potência e o tubo MOS são selecionados, é particularmente importante selecionar um circuito de acionamento adequado para conectar o IC de potência e o tubo MOS.

Um bom circuito driver MOSFET possui os seguintes requisitos:

(1) Quando a chave é ligada, o circuito de acionamento deve ser capaz de fornecer uma corrente de carga suficientemente grande para aumentar rapidamente a tensão entre a porta e a fonte do MOSFET para o valor necessário, de modo a garantir que a chave possa ser ligado rapidamente e não há oscilação de alta frequência da borda ascendente.

(2) O circuito de acionamento pode garantir que a tensão entre a porta e a fonte do MOSFET permaneça estável e ligada de forma confiável durante o período de ligação.

(3) O circuito de acionamento no momento do desligamento pode fornecer um caminho com a menor impedância possível para a rápida descarga da tensão do capacitor entre a porta e a fonte do MOSFET, de modo a garantir que o tubo da chave possa ser desligou rapidamente.

(4) A estrutura do circuito de acionamento é simples e confiável e a perda é pequena.

(5) Aplicar isolamento de acordo com a situação.

Os tubos MOS e os circuitos de acionamento IGBT controlam a tensão ou a corrente?

Tanto os tubos MOS quanto os IDBTs são componentes acionados por tensão. Ou seja, a tensão da porta controla a corrente do dreno ou do coletor.