วงจรไดรเวอร์ MOSFET แพ็คเกจขนาดใหญ่

ประการแรก ประเภทและโครงสร้างของ MOSFET MOSFET คือ FET (อีกชนิดหนึ่งคือ JFET) สามารถผลิตเป็นประเภทที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง P-channel หรือ N-channel ได้ทั้งหมด 4 ประเภท แต่การใช้งานจริงของ N-channel ที่ปรับปรุงแล้วเท่านั้น -channel MOSFETs และ P-channel MOSFETs ที่ปรับปรุงแล้ว ซึ่งมักเรียกว่า NMOSFET หรือ PMOSFET หมายถึง NMOSFET ที่กล่าวถึงโดยทั่วไป หรือ PMOSFET หมายถึงทั้งสองประเภทนี้ สำหรับ MOSFET ที่ปรับปรุงแล้วทั้งสองประเภทนี้ NMOSFET ถูกใช้กันทั่วไปมากกว่า เนื่องจากมีความต้านทานต่อต่ำและง่ายต่อการผลิต ดังนั้น โดยทั่วไป NMOSFET จึงถูกนำมาใช้ในการสลับแหล่งจ่ายไฟและแอปพลิเคชันการขับเคลื่อนมอเตอร์ และบทนำต่อไปนี้ยังเน้นที่ NMOSFET อีกด้วย ความจุของปรสิตอยู่ระหว่างพินทั้งสามของมอสเฟตซึ่งไม่จำเป็นแต่เนื่องมาจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิต การมีความจุของปรสิตทำให้การออกแบบหรือเลือกวงจรไดรเวอร์ค่อนข้างยุ่งยาก มีไดโอดปรสิตอยู่ระหว่างท่อระบายน้ำกับแหล่งกำเนิด สิ่งนี้เรียกว่าไดโอดตัวถัง และมีความสำคัญในการขับเคลื่อนโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์ อย่างไรก็ตาม ตัวไดโอดจะมีอยู่ใน MOSFET แต่ละตัวเท่านั้น และโดยปกติจะไม่ปรากฏอยู่ในชิป IC

ตอนนี้มอสเฟตขับแอพพลิเคชั่นแรงดันต่ำเมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V คราวนี้ถ้าคุณใช้โครงสร้างเสาโทเท็มแบบดั้งเดิมเนื่องจากทรานซิสเตอร์มีแรงดันไฟฟ้าตกประมาณ 0.7V ส่งผลให้สุดท้ายเพิ่มจริงไปที่เกตบนแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น 4.3 V. ในเวลานี้ เราเลือกแรงดันเกตระบุที่ 4.5V ของ MOSFET ตามความเสี่ยงบางประการ ปัญหาเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับการใช้ 3V หรือแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าคู่ถูกใช้ในวงจรควบคุมบางตัว โดยส่วนลอจิกใช้แรงดันไฟฟ้าดิจิทัลทั่วไป 5V หรือ 3.3V และส่วนกำลังใช้ 12V หรือสูงกว่านั้น แรงดันไฟฟ้าทั้งสองเชื่อมต่อกันโดยใช้กราวด์ร่วม ทำให้จำเป็นต้องใช้วงจรที่ช่วยให้ฝ่ายแรงดันต่ำควบคุม MOSFET ฝั่งไฟฟ้าแรงสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ MOSFET ฝั่งไฟฟ้าแรงสูงจะประสบปัญหาเดียวกันกับที่กล่าวไว้ใน 1 และ 2

ในทั้งสามกรณี โครงสร้างเสาโทเท็มไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านเอาท์พุตได้ และไอซีไดรเวอร์ MOSFET ที่มีจำหน่ายทั่วไปหลายตัวดูเหมือนจะไม่มีโครงสร้างจำกัดแรงดันไฟฟ้าของเกต แรงดันไฟฟ้าขาเข้าไม่ใช่ค่าคงที่ แต่จะแปรผันตามเวลาหรือปัจจัยอื่นๆ การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ที่จ่ายให้กับ MOSFET โดยวงจร PWM ไม่เสถียร เพื่อให้ MOSFET ปลอดภัยจากแรงดันไฟฟ้าเกตสูง MOSFET จำนวนมากมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัวเพื่อจำกัดแอมพลิจูดของแรงดันเกตอย่างรุนแรง ในกรณีนี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ให้มากกว่าตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า จะทำให้เกิดการใช้พลังงานคงที่ขนาดใหญ่ในเวลาเดียวกัน หากคุณเพียงใช้หลักการของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานเพื่อลดแรงดันเกต ก็จะมีค่าค่อนข้างสูง แรงดันไฟฟ้าขาเข้า,มอสเฟตทำงานได้ดีในขณะที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลงเมื่อแรงดันเกตไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการนำไฟฟ้าน้อยกว่าสมบูรณ์ จึงทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น

วงจรที่ค่อนข้างทั่วไปที่นี่สำหรับวงจรไดรเวอร์ NMOSFET เท่านั้นที่จะทำการวิเคราะห์อย่างง่าย: Vl และ Vh เป็นแหล่งจ่ายไฟระดับล่างและระดับสูง แรงดันไฟฟ้าทั้งสองสามารถเท่ากันได้ แต่ Vl ไม่ควรเกิน Vh Q1 และ Q2 สร้างเสาโทเท็มแบบกลับหัว ซึ่งใช้ในการแยกตัว และในเวลาเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าท่อขับสองตัว Q3 และ Q4 จะไม่นำไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน R2 และ R3 มีแรงดันไฟฟ้าแบบ PWM R2 และ R3 มีแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงแบบ PWM โดยการเปลี่ยนค่าอ้างอิงนี้ คุณสามารถปล่อยให้วงจรทำงานในรูปคลื่นสัญญาณ PWM ที่ค่อนข้างชันและเป็นตำแหน่งตรงได้ Q3 และ Q4 ใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟให้กับไดรฟ์ เนื่องจากเวลาตรง Q3 และ Q4 สัมพันธ์กับ Vh และ GND มีค่าต่ำสุดของแรงดันตก Vce เท่านั้น โดยทั่วไปแรงดันตกคร่อมนี้มักจะเพียง 0.3V หรือประมาณนั้น ซึ่งต่ำกว่ามาก มากกว่า 0.7V Vce R5 และ R6 เป็นตัวต้านทานป้อนกลับ ซึ่งใช้สำหรับเกต R5 และ R6 เป็นตัวต้านทานป้อนกลับที่ใช้ในการสุ่มตัวอย่างแรงดันเกต ซึ่งจะถูกส่งผ่าน Q5 เพื่อสร้างการป้อนกลับเชิงลบที่รุนแรงบนฐานของ Q1 และ Q2 จึงจำกัดแรงดันเกตให้มีค่าจำกัด ค่านี้สามารถปรับได้โดย R5 และ R6 สุดท้าย R1 ให้ข้อจำกัดของกระแสฐานถึง Q3 และ Q4 และ R4 ให้ข้อจำกัดของกระแสเกตของ MOSFET ซึ่งเป็นข้อจำกัดของ Ice ของ Q3Q4 สามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเร่งความเร็วแบบขนานเหนือ R4 ได้หากจำเป็น