1. Тип и конструкция МОП-трубки.

MOSFET — это тип полевого транзистора (другой — JFET), который можно перевести в режим улучшения или в режим истощения, P-канал или N-канал, всего 4 типа, но на самом деле работает только N-канальный MOS в режиме улучшения. использовал. Трубка и усовершенствованная МОП-трубка с P-каналом, поэтому обычно упоминается NMOS, или PMOS относится к этим двум.

Что касается того, почему бы не использовать МОП-трубки обедненного типа, то вникать в суть вопроса не рекомендуется.

Для этих двух усовершенствованных МОП-трубок чаще используется NMOS. Причина в том, что сопротивление включения невелико и его легко изготовить. Поэтому в приложениях импульсного источника питания и привода двигателя обычно используется NMOS. В следующем введении в основном используется NMOS.

Между тремя выводами МОП-трубки имеется паразитная емкость, которая нам не нужна, но вызвана ограничением производственного процесса. Существование паразитной емкости усложняет проектирование или выбор схемы управления, но избежать ее невозможно, что будет подробно описано позже.

На принципиальной схеме МОП-лампы видно, что между стоком и истоком установлен паразитный диод. Он называется корпусным диодом и очень важен при управлении индуктивной нагрузкой (например, двигателем). Кстати, основной диод существует только в одном МОП-транзисторе и обычно не существует внутри микросхемы интегральной схемы.

2. Характеристики проводимости МОП-трубки

Проводимость означает действие переключателя, что эквивалентно замыканию переключателя.

Согласно характеристикам NMOS, если Vgs больше определенного значения, он будет включен. Он подходит для ситуации, когда источник заземлен (низкий уровень привода), пока напряжение на затворе достигает 4 В или 10 В.

Характеристики PMOS: Vgs меньше определенного значения будет включен, что подходит для ситуации, когда источник подключен к VCC (высокопроизводительный привод). Однако, хотя PMOS можно легко использовать в качестве привода высокого класса, NMOS обычно используется в приводах высокого класса из-за его большого сопротивления в открытом состоянии, высокой цены и небольшого количества типов замены.

3. Потеря трубки МОП-переключателя

Независимо от того, NMOS это или PMOS, после включения транзистора возникает сопротивление открытого канала, поэтому ток потребляет энергию на этом сопротивлении, и эта часть потребляемой энергии называется потерями проводимости. Выбор МОП-транзистора с малым сопротивлением открытого канала уменьшит потери проводимости. Сопротивление открытого канала современных маломощных МОП-транзисторов обычно составляет около десятков миллиом, а иногда и несколько миллиом.

Когда MOS включается и выключается, оно не должно быть завершено в одно мгновение. Напряжение на обоих концах МОП имеет процесс падения, а протекающий ток имеет процесс роста. В течение этого времени потери МОП-трубки являются произведением напряжения и тока, что называется потерями переключения. Обычно потери переключения намного больше потерь проводимости, и чем выше частота переключения, тем больше потери.

Произведение напряжения и тока в момент включения очень велико, и вызванные потери также очень велики. Сокращение времени переключения может уменьшить потери при каждом включении; уменьшение частоты переключений позволяет уменьшить количество переключений в единицу времени. Оба подхода могут снизить потери на переключение.

4. Драйвер трубки МОП

По сравнению с биполярными транзисторами обычно считается, что для включения МОП-трубки ток не требуется, достаточно, пока напряжение GS выше определенного значения. Это легко сделать, но нам также нужна скорость.

В структуре МОП-трубки видно, что между GS и GD существует паразитная емкость, а управление МОП-лампой фактически представляет собой зарядку и разрядку конденсатора. Для зарядки конденсатора требуется ток, поскольку конденсатор можно рассматривать как короткое замыкание в момент зарядки конденсатора, поэтому мгновенный ток будет относительно большим. Первое, на что следует обратить внимание при выборе/проектировании драйвера МОП-лампы, — это величина мгновенного тока короткого замыкания, который может быть обеспечен.

Второй момент, на который следует обратить внимание, заключается в том, что NMOS, который обычно используется для управления верхним плечом, необходимо включать, когда напряжение затвора превышает напряжение истока. Напряжение истока МОП-транзистора, управляемого верхним плечом, такое же, как напряжение стока (VCC), когда он включен, поэтому напряжение затвора в это время на 4 В или 10 В больше, чем VCC. Если в той же системе для получения напряжения большего, чем VCC, требуется специальная схема повышения напряжения. Многие водители двигателей имеют встроенный подкачивающий насос. Следует отметить, что следует выбрать соответствующий внешний конденсатор, чтобы получить достаточный ток короткого замыкания для управления МОП-лампой.

Упомянутые выше 4 В или 10 В — это напряжение включения обычно используемой МОП-лампы, и, конечно, в конструкции должен быть определенный запас. И чем выше напряжение, тем быстрее скорость включения и меньше сопротивление включения. Сейчас существуют также МОП-лампы с меньшим напряжением включения, используемые в разных областях, но в автомобильных электронных системах с напряжением 12 В обычно достаточно проводимости 4 В.

Информацию о схеме управления МОП-лампой и ее потерях можно найти в документе Microchip AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs. Очень подробно, поэтому больше писать не планирую.

5. Схема применения МОП-трубки

Наиболее важной особенностью МОП-ламп являются их хорошие коммутационные характеристики, поэтому они широко используются в схемах, требующих электронных переключателей, таких как импульсные источники питания и приводы двигателей.

Анализ 5 наиболее часто используемых схем управления МОП-транзисторами импульсных источников питания

При использовании полевых МОП-транзисторов для проектирования импульсных источников питания большинство людей будут учитывать сопротивление открытого состояния, максимальное напряжение и максимальный ток полевого МОП-транзистора. Но во многих случаях учитываются только эти факторы. Такая схема может работать нормально, но это не лучшее конструктивное решение. Более подробно, MOSFET также должен учитывать свои собственные паразитные параметры. Для определенного МОП-транзистора его схема управления, пиковый выходной ток на управляющем выводе, скорость нарастания и т. д. будут влиять на характеристики переключения МОП-транзистора.

Когда выбраны силовая ИС и МОП-трубка, особенно важно выбрать подходящую схему управления для соединения силовой ИС и МОП-трубки.

Хорошая схема драйвера MOSFET предъявляет следующие требования:

(1) Когда переключатель включен, схема управления должна быть в состоянии обеспечить достаточно большой зарядный ток, чтобы быстро увеличить напряжение между затвором и истоком полевого МОП-транзистора до необходимого значения, чтобы гарантировать, что переключатель может быть включен. включается быстро и нет высокочастотных колебаний нарастающего фронта.

(2) Схема управления может гарантировать, что напряжение между затвором и истоком полевого МОП-транзистора остается стабильным и надежно включенным в течение периода включения.

(3) Схема возбуждения в момент выключения может обеспечить путь с наименьшим возможным сопротивлением для быстрого разряда напряжения конденсатора между затвором и истоком МОП-транзистора, чтобы гарантировать, что трубка переключателя может быть быстро выключился.

(4) Структура схемы управления проста и надежна, а потери небольшие.

(5) Применяйте изоляцию в зависимости от ситуации.

Управляют ли схемы управления МОП-транзисторами и IGBT напряжением или током?

И МОП-лампы, и IDBT являются компонентами, управляемыми напряжением. То есть напряжение затвора управляет током стока или коллектора.