1. MOS tüpünün tipi ve yapısı

MOSFET, geliştirme modu veya tükenme modu, P-kanalı veya N-kanalı, toplam 4 tür haline getirilebilen bir FET türüdür (diğeri JFET'tir), ancak yalnızca geliştirme modu N-kanalı MOS aslında kullanılmış. Tüp ve geliştirilmiş P-kanallı MOS tüpü, dolayısıyla genellikle NMOS'tan bahsedilir veya PMOS bu ikisini ifade eder.

Neden tükenme tipi MOS tüplerinin kullanılmaması gerektiğine gelince, dibine inilmesi önerilmez.

Bu iki geliştirilmiş MOS tüpü için NMOS daha yaygın olarak kullanılır. Bunun nedeni, direncin küçük olması ve üretiminin kolay olmasıdır. Bu nedenle, anahtarlamalı güç kaynağı ve motor sürücüsünün uygulanmasında genellikle NMOS kullanılır. Aşağıdaki girişte esas olarak NMOS kullanılmıştır.

MOS tüpünün üç pimi arasında parazitik kapasitans vardır, bu bizim ihtiyacımız olan şey değildir ancak üretim sürecinin sınırlamasından kaynaklanmaktadır. Parazit kapasitansın varlığı, sürüş devresinin tasarlanmasını veya seçilmesini daha zahmetli hale getirir, ancak bundan kaçınmanın bir yolu yoktur; bu, daha sonra ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

MOS tüpünün şematik diyagramında drenaj ile kaynak arasında parazitik bir diyot olduğu görülmektedir. Buna vücut diyotu denir ve endüktif bir yükü (motor gibi) çalıştırırken çok önemlidir. Bu arada, gövde diyotu yalnızca tek bir MOS transistöründe bulunur ve genellikle entegre devre çipinin içinde bulunmaz.

2. MOS tüp iletim özellikleri

İletim, anahtarın kapatılmasına eşdeğer bir anahtar gibi hareket etmek anlamına gelir.

NMOS'un özelliklerine göre Vgs belirli bir değerden büyükse açılacaktır. Geçit voltajı 4V veya 10V'a ulaştığı sürece kaynağın topraklandığı (düşük uçlu sürücü) durum için uygundur.

PMOS'un özellikleri, Vgs belirli bir değerden düşükse, kaynağın VCC'ye (ileri teknoloji sürücü) bağlandığı duruma uygun olarak açılacaktır. Bununla birlikte, PMOS üst düzey bir sürücü olarak kolaylıkla kullanılabilse de NMOS, büyük direnci, yüksek fiyatı ve az sayıda değiştirme türü nedeniyle genellikle üst düzey sürücülerde kullanılır.

3. MOS anahtar tüpü kaybı

İster NMOS ister PMOS olsun, açıldıktan sonra bir direnç bulunur, böylece akım bu direnç üzerinden enerji tüketir ve tüketilen enerjinin bu kısmına iletim kaybı denir. Küçük bir direnç değerine sahip bir MOS tüp seçmek, iletim kaybını azaltacaktır. Mevcut düşük güçlü MOS tüpünün direnç değeri genellikle onlarca miliohm civarındadır ve ayrıca birkaç miliohm daha vardır.

MOS açılıp kapatıldığında bir anda tamamlanmaması gerekir. MOS'un her iki ucundaki gerilimin düşme süreci vardır ve akan akımın yükselme süreci vardır. Bu süre zarfında MOS tüpünün kaybı, anahtarlama kaybı adı verilen gerilim ve akımın çarpımıdır. Genellikle anahtarlama kayıpları iletim kayıplarından çok daha büyüktür ve anahtarlama frekansı ne kadar hızlı olursa kayıplar da o kadar büyük olur.

Açılma anındaki gerilim ve akımın çarpımı çok büyüktür ve neden olunan kayıp da çok büyüktür. Anahtarlama süresinin kısaltılması her açılıştaki kaybı azaltabilir; Anahtarlama frekansının azaltılması birim zamandaki anahtarlama sayısını azaltabilir. Her iki yaklaşım da anahtarlama kayıplarını azaltabilir.

4. MOS tüp sürücüsü

Bipolar transistörlerle karşılaştırıldığında, genellikle MOS tüpünü açmak için herhangi bir akımın gerekli olmadığına inanılır, GS voltajı belirli bir değerden yüksek olduğu sürece yeterlidir. Bunu yapmak kolaydır ama aynı zamanda hıza da ihtiyacımız var.

MOS tüpünün yapısında GS ve GD arasında parazitik bir kapasitans olduğu ve MOS tüpünün tahrikinin aslında kapasitörün şarj edilmesi ve boşaltılması olduğu görülmektedir. Kapasitörün şarj edilmesi bir akım gerektirir, çünkü kapasitörün şarj edildiği anda kapasitör kısa devre olarak kabul edilebilir, dolayısıyla anlık akım nispeten büyük olacaktır. MOS tüp sürücüsünü seçerken/tasarlarken dikkat edilmesi gereken ilk şey, sağlanabilecek anlık kısa devre akımı miktarıdır.

Dikkat edilmesi gereken ikinci nokta, genellikle yüksek taraf sürüşü için kullanılan NMOS'un, kapı voltajı kaynak voltajından büyük olduğunda açılması gerektiğidir. Yüksek taraf tahrikli MOS transistörünün kaynak voltajı, açıldığında boşaltma voltajıyla (VCC) aynıdır, dolayısıyla geçit voltajı bu anda VCC'den 4V veya 10V daha yüksektir. Aynı sistemde VCC'den daha büyük bir voltaj elde etmek için özel bir yükseltme devresine ihtiyaç vardır. Birçok motor sürücüsünde bir şarj pompası bulunur. MOS tüpünü sürmek için yeterli kısa devre akımını elde etmek için uygun bir harici kapasitörün seçilmesi gerektiğine dikkat edilmelidir.

Yukarıda bahsedilen 4V veya 10V, yaygın olarak kullanılan MOS tüpünün açma voltajıdır ve elbette tasarımda belirli bir marjın olması gerekir. Ve voltaj ne kadar yüksek olursa, açılma hızı o kadar hızlı ve açık direnç o kadar küçük olur. Artık farklı alanlarda kullanılan daha küçük açma gerilimlerine sahip MOS tüpler de mevcut ancak 12V otomotiv elektronik sistemlerinde genellikle 4V iletim yeterlidir.

MOS tüpünün sürücü devresi ve kaybı için Microchip'in AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs dosyasına başvurabilirsiniz. Çok detaylı, o yüzden daha fazla yazmayı düşünmüyorum.

5. MOS tüp uygulama devresi

MOS tüplerinin en önemli özelliği iyi anahtarlama özellikleridir, bu nedenle anahtarlamalı güç kaynakları ve motor sürücüleri gibi elektronik anahtarlar gerektiren devrelerde yaygın olarak kullanılırlar.

Yaygın Olarak Kullanılan 5 Anahtarlamalı Güç Kaynağı MOSFET Sürüş Devresinin Analizi

Anahtarlamalı güç kaynaklarını tasarlamak için MOSFET'leri kullanırken çoğu kişi MOSFET'in açık direncini, maksimum voltajını ve maksimum akımını dikkate alacaktır. Ancak çoğu durumda yalnızca bu faktörler dikkate alınır. Böyle bir devre normal çalışabilir ancak iyi bir tasarım çözümü değildir. Daha ayrıntılı olarak MOSFET'in kendi parazitik parametrelerini de dikkate alması gerekir. Belirli bir MOSFET için, onun sürüş devresi, tahrik piminin çıkardığı tepe akım, yükselme hızı vb. MOSFET'in anahtarlama performansını etkileyecektir.

Güç IC'si ve MOS tüpü seçildiğinde, güç IC'sini ve MOS tüpünü bağlamak için uygun bir sürüş devresinin seçilmesi özellikle önemlidir.

İyi bir MOSFET sürücü devresi aşağıdaki gereksinimlere sahiptir:

(1) Anahtar açıldığında, sürücü devresi, MOSFET'in kapısı ile kaynağı arasındaki voltajı gerekli değere hızlı bir şekilde yükseltmek için yeterince büyük bir şarj akımı sağlayabilmelidir, böylece anahtarın hızlı bir şekilde açılır ve yükselen kenarda yüksek frekanslı salınım yoktur.

(2) Sürücü devresi, kapı ile MOSFET'in kaynağı arasındaki voltajın, açma süresi boyunca sabit kalmasını ve güvenilir bir şekilde açık kalmasını sağlayabilir.

(3) Kapanma anında sürücü devresi, kapı ile MOSFET'in kaynağı arasındaki kapasitör voltajının hızlı bir şekilde boşaltılması için mümkün olan en düşük empedansa sahip bir yol sağlayabilir, böylece anahtar tüpünün hızla kapandı.

(4) Sürüş devresinin yapısı basit ve güvenilirdir ve kayıp küçüktür.

(5) Duruma göre izolasyon uygulayın.

MOS tüpleri ve IGBT sürücü devreleri voltajı mı yoksa akımı mı çalıştırır?

Hem MOS tüpleri hem de IDBT'ler voltajla çalışan bileşenlerdir. Yani geçit voltajı drenaj veya toplayıcı akımını kontrol eder.