Cách thức hoạt động của MOSFET gói nâng cao

Khi thiết kế nguồn điện chuyển mạch hoặc mạch điều khiển động cơ sử dụng MOSFET đóng gói, hầu hết mọi người đều xem xét điện trở bật của MOS, điện áp tối đa, v.v., dòng điện tối đa, v.v., và có nhiều người chỉ xem xét các yếu tố này. Những mạch như vậy có thể hoạt động nhưng chúng không xuất sắc và không được phép sử dụng làm thiết kế sản phẩm chính thức.

Sau đây là một bản tóm tắt nhỏ về những điều cơ bản của MOSFET vàMOSFETmạch điều khiển thì mình tham khảo một số nguồn chứ không phải toàn bộ là nguyên bản. Bao gồm việc giới thiệu MOSFET, đặc tính, mạch điều khiển và ứng dụng. Các loại MOSFET đóng gói và MOSFET mối nối là một FET (JFET khác), có thể được sản xuất thành loại tăng cường hoặc cạn kiệt, kênh P hoặc kênh N tổng cộng có bốn loại, nhưng ứng dụng thực tế chỉ có MOSFET kênh N nâng cao và P tăng cường MOSFET kênh, thường được gọi là NMOS, hoặc PMOS để chỉ hai loại này.

Về lý do tại sao không sử dụng MOSFET loại cạn kiệt, không nên đi sâu vào vấn đề này. Đối với hai loại MOSFET cải tiến này, NMOS được sử dụng phổ biến hơn do điện trở thấp và dễ chế tạo. Vì vậy, việc chuyển đổi các ứng dụng cấp nguồn và điều khiển động cơ thường sử dụng NMOS. phần giới thiệu sau đây, nhưng còn nhiều hơn nữaNMOS-dựa trên.

MOSFET có điện dung ký sinh giữa ba chân, điều này không cần thiết nhưng do hạn chế của quy trình sản xuất. Sự tồn tại của điện dung ký sinh trong thiết kế hoặc lựa chọn mạch truyền động có một số rắc rối nhưng không có cách nào tránh được và sau đó được mô tả chi tiết. Như bạn có thể thấy trên sơ đồ MOSFET, có một diode ký sinh giữa cực máng và nguồn.

Đây được gọi là diode cơ thể và rất quan trọng trong việc điều khiển các tải cảm ứng như động cơ. Nhân tiện, diode cơ thể chỉ hiện diện ở từng cá thểMOSFETvà thường không có bên trong chip mạch tích hợp. Đặc điểm MOSFET ON On có nghĩa là hoạt động như một công tắc, tương đương với việc đóng công tắc.

Đặc tính NMOS, Vgs lớn hơn một giá trị nhất định sẽ dẫn điện, phù hợp sử dụng trong trường hợp nguồn được nối đất (ổ cấp thấp), miễn là điện áp cổng 4V hoặc 10V. Đặc tính PMOS, VSS nhỏ hơn một giá trị nhất định sẽ tiến hành, phù hợp sử dụng trong trường hợp nguồn được kết nối với VCC (ổ đĩa cao cấp). Tuy nhiên, mặc dù PMOS có thể dễ dàng được sử dụng như một trình điều khiển cao cấp, nhưng NMOS thường được sử dụng trong các trình điều khiển cao cấp do điện trở lớn, giá cao và ít loại thay thế.

Bao bì mất mát ống chuyển mạch MOSFET, cho dù đó là NMOS hay PMOS, sau khi dẫn điện đều tồn tại điện trở, do đó dòng điện sẽ tiêu thụ năng lượng trong điện trở này, phần năng lượng tiêu thụ này được gọi là tổn thất dẫn điện. Việc chọn MOSFET có điện trở nhỏ sẽ làm giảm tổn thất dẫn điện. Ngày nay, điện trở của MOSFET công suất nhỏ thường vào khoảng hàng chục milliohms và cũng có sẵn một vài milliohms.MOS không được hoàn thành ngay lập tức khi nó dẫn điện và cắt. Điện áp ở cả hai phía của MOS có một quá trình giảm dần và dòng điện chạy qua nó có quá trình tăng dần. Trong thời gian này, tổn thất của MOSFET là tích của điện áp và dòng điện, được gọi là tổn thất chuyển mạch. Thông thường tổn thất chuyển mạch lớn hơn nhiều so với tổn thất dẫn truyền và tần số chuyển mạch càng nhanh thì tổn thất càng lớn. Tích của điện áp và dòng điện tại thời điểm dẫn điện rất lớn dẫn đến tổn thất lớn.

Việc rút ngắn thời gian chuyển mạch giúp giảm tổn thất ở mỗi lần dẫn truyền; giảm tần số chuyển mạch sẽ làm giảm số lượng chuyển mạch trên một đơn vị thời gian. Cả hai phương pháp này đều có thể làm giảm tổn thất chuyển mạch. Tích của điện áp và dòng điện tại thời điểm dẫn điện lớn và tổn thất do đó cũng lớn. Việc rút ngắn thời gian chuyển mạch có thể làm giảm tổn thất ở mỗi lần dẫn truyền; giảm tần số chuyển mạch có thể làm giảm số lượng chuyển mạch trên một đơn vị thời gian. Cả hai phương pháp này đều có thể làm giảm tổn thất chuyển mạch. Lái xe So với bóng bán dẫn lưỡng cực, người ta thường tin rằng không cần dòng điện để bật MOSFET đóng gói, miễn là điện áp GS cao hơn một giá trị nhất định. Điều này rất dễ thực hiện, tuy nhiên, chúng ta cũng cần tốc độ. Cấu trúc của MOSFET được đóng gói có thể được nhìn thấy khi có điện dung ký sinh giữa GS, GD và việc điều khiển MOSFET trên thực tế là việc sạc và xả điện dung. Việc sạc tụ điện cần có dòng điện, vì việc sạc tụ điện ngay lập tức có thể coi là đoản mạch nên dòng điện tức thời sẽ lớn hơn. Điều đầu tiên cần lưu ý khi lựa chọn/thiết kế trình điều khiển MOSFET là kích thước dòng điện ngắn mạch tức thời có thể được cung cấp.

Điều thứ hai cần lưu ý là, thường được sử dụng trong NMOS ổ đĩa cao cấp, điện áp cổng đúng giờ cần phải lớn hơn điện áp nguồn. MOSFET điều khiển cao cấp có điện áp nguồn dẫn và điện áp xả (VCC) giống nhau, nên điện áp cổng hơn VCC 4 V hoặc 10 V. Nếu trong cùng một hệ thống, để có được điện áp lớn hơn VCC thì chúng ta phải chuyên dụng mạch tăng áp. Nhiều trình điều khiển động cơ có tích hợp bơm sạc, điều quan trọng cần lưu ý là bạn nên chọn điện dung bên ngoài thích hợp để có đủ dòng điện ngắn mạch điều khiển MOSFET. 4V hoặc 10V thường được sử dụng trong điện áp trạng thái bật của MOSFET, tất nhiên, thiết kế cần phải có một biên độ nhất định. Điện áp càng cao, tốc độ ở trạng thái càng nhanh và điện trở ở trạng thái càng thấp. Ngày nay, có những MOSFET có điện áp trạng thái bật nhỏ hơn được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, nhưng trong các hệ thống điện tử ô tô 12V, nói chung ở trạng thái 4V là đủ. Mạch điều khiển MOSFET và tổn hao của nó.