แพ็คเกจ MOSFET ที่ได้รับการปรับปรุงทำงานอย่างไร

เมื่อออกแบบวงจรจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งหรือวงจรขับเคลื่อนมอเตอร์โดยใช้ MOSFET แบบห่อหุ้ม คนส่วนใหญ่พิจารณาถึงความต้านทานออนของ MOS แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ฯลฯ กระแสสูงสุด ฯลฯ และมีหลายคนที่พิจารณาเฉพาะปัจจัยเหล่านี้เท่านั้น วงจรดังกล่าวอาจใช้งานได้ แต่วงจรเหล่านั้นไม่ได้ดีเลิศและไม่ได้รับอนุญาตให้เป็นการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่เป็นทางการ

ต่อไปนี้เป็นบทสรุปเล็กๆ น้อยๆ เกี่ยวกับพื้นฐานของ MOSFET และมอสเฟตวงจรไดรเวอร์ ซึ่งฉันอ้างถึงแหล่งที่มาหลายแหล่ง ไม่ใช่ต้นฉบับทั้งหมด รวมถึงการแนะนำ MOSFET คุณลักษณะ ไดรฟ์ และวงจรการใช้งาน ประเภทบรรจุภัณฑ์ MOSFET และ MOSFET ทางแยกคือ FET (JFET อื่น) สามารถผลิตเป็นประเภทที่ได้รับการปรับปรุงหรือพร่อง P-channel หรือ N-channel ได้ทั้งหมด 4 ประเภท แต่การใช้งานจริงของ MOSFET N-channel ที่ปรับปรุงแล้วและ P ที่ปรับปรุงแล้วเท่านั้น -channel MOSFET ซึ่งมักเรียกว่า NMOS หรือ PMOS หมายถึงทั้งสองประเภทนี้

สำหรับสาเหตุที่ไม่ใช้ MOSFET ประเภทพร่องก็ไม่แนะนำให้ไปที่ด้านล่างสุด สำหรับ MOSFET ที่ได้รับการปรับปรุงทั้งสองประเภทนี้ NMOS ถูกใช้กันทั่วไปมากกว่า เนื่องจากมีความต้านทานต่อต่ำและง่ายต่อการประดิษฐ์ ดังนั้นการใช้งานสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลายและมอเตอร์ไดรฟ์ โดยทั่วไปจึงใช้ NMOS การแนะนำต่อไปนี้ แต่ยังเพิ่มเติมอีกด้วยเอ็นเอ็มโอเอส-ซึ่งเป็นรากฐาน.

MOSFET มีความจุแบบปรสิตระหว่างพินทั้งสามซึ่งไม่จำเป็น แต่เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิต การมีอยู่ของความจุปรสิตในการออกแบบหรือการเลือกวงจรไดรฟ์จะมีปัญหาบ้าง แต่ไม่มีวิธีใดที่จะหลีกเลี่ยง แล้วอธิบายในรายละเอียดแล้ว ดังที่คุณเห็นในแผนผัง MOSFET มีไดโอดปรสิตอยู่ระหว่างท่อระบายน้ำกับแหล่งกำเนิด

สิ่งนี้เรียกว่าไดโอดตัวถัง และมีความสำคัญในการขับเคลื่อนโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์ อย่างไรก็ตามไดโอดของร่างกายนั้นมีอยู่ในตัวบุคคลเท่านั้นMOSFETและโดยปกติจะไม่ปรากฏอยู่ภายในชิปวงจรรวม ลักษณะเฉพาะของ MOSFET ON หมายถึง ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ซึ่งเทียบเท่ากับการปิดสวิตช์

คุณลักษณะ NMOS, Vgs ที่มากกว่าค่าที่กำหนดจะดำเนินการ เหมาะสำหรับใช้ในกรณีที่แหล่งกำเนิดมีการต่อสายดิน (ไดรฟ์ระดับล่าง) ตราบใดที่แรงดันเกตเป็น 4V หรือ 10V ลักษณะ PMOS จะดำเนินการ Vgs น้อยกว่าค่าที่กำหนด เหมาะสำหรับใช้ในกรณีที่แหล่งเชื่อมต่อกับ VCC (ไดรฟ์ระดับไฮเอนด์) อย่างไรก็ตาม แม้ว่า PMOS จะสามารถใช้เป็นไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์ได้อย่างง่ายดาย แต่ NMOS มักจะใช้ในไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์ เนื่องจากมีความต้านทานออนสูง ราคาสูง และมีประเภททดแทนน้อย

การสูญเสียหลอดสวิตชิ่งของบรรจุภัณฑ์ MOSFET ไม่ว่าจะเป็น NMOS หรือ PMOS หลังจากการนำมีความต้านทานแบบออนอยู่ เพื่อให้กระแสจะใช้พลังงานในการต้านทานนี้ พลังงานที่ใช้ในส่วนนี้เรียกว่าการสูญเสียการนำ การเลือก MOSFET ที่มีความต้านทานออนเล็กน้อยจะช่วยลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าได้ ในปัจจุบัน ความต้านทานต่อออนของ MOSFET กำลังขนาดเล็กโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณหลายสิบมิลลิโอห์ม และยังมีค่าความต้านทานต่อออนอีกสองสามมิลลิโอห์มด้วย MOS จะต้องไม่เสร็จสมบูรณ์ในทันทีเมื่อดำเนินการและตัดออก แรงดันไฟฟ้าที่ทั้งสองด้านของ MOS มี กระบวนการลดลงและกระแสที่ไหลผ่านก็มีกระบวนการเพิ่มขึ้น ในระหว่างนี้ การสูญเสียของ MOSFET เป็นผลคูณของแรงดันและกระแส ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการสวิตชิ่ง โดยปกติแล้วการสูญเสียการสวิตชิ่งจะมีมากกว่าการสูญเสียการนำไฟฟ้ามาก และยิ่งความถี่สวิตชิ่งเร็วเท่าไร การสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ผลคูณของแรงดันและกระแส ณ ขณะการนำไฟฟ้ามีขนาดใหญ่มาก ส่งผลให้เกิดการสูญเสียอย่างมาก

การลดเวลาในการเปลี่ยนจะช่วยลดการสูญเสียในแต่ละการนำ การลดความถี่ในการสลับจะช่วยลดจำนวนสวิตช์ต่อหน่วยเวลา ทั้งสองวิธีนี้สามารถลดการสูญเสียการสลับได้ ผลคูณของแรงดันและกระแส ณ ขณะการนำไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ และการสูญเสียที่เกิดขึ้นก็มีมากเช่นกัน การลดเวลาในการเปลี่ยนสามารถลดการสูญเสียในแต่ละการนำ การลดความถี่ในการสลับสามารถลดจำนวนสวิตช์ต่อหน่วยเวลาได้ ทั้งสองวิธีนี้สามารถลดการสูญเสียการสลับได้ การขับขี่ เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เชื่อกันโดยทั่วไปว่าไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟในการเปิด MOSFET แบบแพ็คเกจ ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้า GS สูงกว่าค่าที่กำหนด นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะทำ แต่เราต้องการความเร็วด้วย โครงสร้างของ MOSFET ที่ห่อหุ้มสามารถเห็นได้เมื่อมีความจุของปรสิตระหว่าง GS, GD และการขับเคลื่อนของ MOSFET ที่จริงแล้วคือการชาร์จและการคายประจุของความจุ การชาร์จตัวเก็บประจุต้องใช้กระแสไฟ เนื่องจากการชาร์จตัวเก็บประจุทันทีจะมองว่าเป็นการลัดวงจร ดังนั้นกระแสไฟฟ้าชั่วขณะจะมีขนาดใหญ่ขึ้น สิ่งแรกที่ควรทราบเมื่อเลือก/ออกแบบไดรเวอร์ MOSFET คือขนาดของกระแสลัดวงจรทันทีที่สามารถให้ได้

สิ่งที่สองที่ควรทราบคือ โดยทั่วไปใช้ในไดรฟ์ NMOS ระดับไฮเอนด์ แรงดันไฟฟ้าเกตตรงเวลาจะต้องมากกว่าแรงดันไฟฟ้าต้นทาง ไดรฟ์ระดับไฮเอนด์ MOSFET แรงดันแหล่งนำไฟฟ้าและแรงดันเดรน (VCC) เท่ากัน ดังนั้นแรงดันเกตจะมากกว่า VCC 4 V หรือ 10 V ถ้าอยู่ในระบบเดียวกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่กว่า VCC เราต้องเชี่ยวชาญ วงจรเร่ง ตัวขับมอเตอร์หลายตัวมีปั๊มชาร์จในตัว สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าคุณควรเลือกความจุภายนอกที่เหมาะสม เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเพียงพอในการขับเคลื่อน MOSFET โดยทั่วไปจะใช้ 4V หรือ 10V ในแรงดันไฟฟ้าออนสเตตของ MOSFET แน่นอนว่าการออกแบบต้องมีระยะขอบที่แน่นอน ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง ความเร็วในสถานะก็จะยิ่งเร็วขึ้นและความต้านทานในสถานะก็จะยิ่งต่ำลง ปัจจุบันมี MOSFET ที่มีแรงดันไฟฟ้าในสถานะน้อยกว่าซึ่งใช้ในด้านต่างๆ แต่ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ของยานยนต์ 12V โดยทั่วไปแล้ว 4V ในสถานะก็เพียงพอแล้ว วงจรขับเคลื่อน MOSFET และการสูญเสีย