मोठे पॅकेज MOSFET ड्रायव्हर सर्किट

सर्व प्रथम, MOSFET प्रकार आणि रचना,MOSFETएफईटी (दुसरा जेएफईटी आहे), वर्धित किंवा कमी करण्याच्या प्रकारात, पी-चॅनेल किंवा एन-चॅनेलमध्ये एकूण चार प्रकारांमध्ये उत्पादित केले जाऊ शकते, परंतु केवळ वर्धित एन-चॅनेल एमओएसएफईटी आणि वर्धित पी-चॅनेल एमओएसएफईटीचा वास्तविक वापर, त्यामुळे सामान्यतः NMOS किंवा PMOS या दोन प्रकारांना संदर्भित केले जाते. या दोन प्रकारच्या वर्धित MOSFETs साठी, NMOS हे सामान्यतः वापरले जाते, याचे कारण म्हणजे ऑन-रेझिस्टन्स लहान आणि उत्पादन करणे सोपे आहे. म्हणून, NMOS चा वापर सामान्यतः वीज पुरवठा आणि मोटर ड्राइव्ह ऍप्लिकेशन्स स्विच करण्यासाठी केला जातो.

पुढील प्रस्तावनेत, बहुतेक प्रकरणांमध्ये NMOS द्वारे वर्चस्व आहे. MOSFET च्या तीन पिनमध्ये परजीवी कॅपेसिटन्स अस्तित्वात आहे, एक वैशिष्ट्य ज्याची आवश्यकता नाही परंतु उत्पादन प्रक्रियेच्या मर्यादांमुळे उद्भवते. परजीवी कॅपेसिटन्सच्या उपस्थितीमुळे ड्रायव्हर सर्किट डिझाइन करणे किंवा निवडणे थोडे अवघड होते. ड्रेन आणि स्त्रोत यांच्यामध्ये परजीवी डायोड आहे. याला बॉडी डायोड म्हणतात आणि मोटर्स सारख्या प्रेरक भार चालविण्यामध्ये ते महत्वाचे आहे. तसे, बॉडी डायोड केवळ वैयक्तिक MOSFET मध्ये उपस्थित असतो आणि सहसा IC चिपमध्ये नसतो.

 

MOSFETस्विचिंग ट्यूब लॉस, मग ते एनएमओएस असो किंवा पीएमओएस, ऑन-रेझिस्टन्सचे वहन अस्तित्वात आल्यानंतर, जेणेकरुन करंट या प्रतिकारामध्ये उर्जा वापरेल, वापरलेल्या ऊर्जेच्या या भागाला वहन नुकसान म्हणतात. कमी ऑन-रेझिस्टन्ससह MOSFETs निवडल्याने ऑन-रेझिस्टन्स हानी कमी होईल. आजकाल, लो-पॉवर MOSFETs चा ऑन-रेझिस्टन्स साधारणपणे दहा मिलीहॅमच्या आसपास असतो आणि काही मिलिओम्स देखील उपलब्ध असतात. MOSFETs चालू आणि बंद असताना एका झटक्यात पूर्ण होऊ नयेत. येथे व्होल्टेज कमी करण्याची प्रक्रिया असते. MOSFET ची दोन टोके, आणि त्यातून वाहणारा विद्युतप्रवाह वाढवण्याची प्रक्रिया असते. या कालावधीत, MOSFET चे नुकसान व्होल्टेज आणि करंटचे उत्पादन असते, ज्याला स्विचिंग लॉस म्हणतात. सामान्यतः स्विचिंग लॉस हे कंडक्शन लॉस पेक्षा खूप मोठे असते आणि स्विचिंग फ्रिक्वेंसी जितकी जास्त असेल तितके मोठे नुकसान. वहनाच्या क्षणी व्होल्टेज आणि विद्युत् प्रवाहाचे उत्पादन खूप मोठे आहे, परिणामी मोठ्या प्रमाणात नुकसान होते. स्विचिंगची वेळ कमी केल्याने प्रत्येक वहनातील तोटा कमी होतो; स्विचिंग वारंवारता कमी केल्याने प्रति युनिट वेळेत स्विचची संख्या कमी होते. या दोन्ही पद्धतींमुळे स्विचिंगचे नुकसान कमी होते.

द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरच्या तुलनेत, सामान्यतः असे मानले जाते की ए तयार करण्यासाठी कोणत्याही करंटची आवश्यकता नाहीMOSFETआचरण, जोपर्यंत GS व्होल्टेज एका विशिष्ट मूल्यापेक्षा जास्त आहे. हे करणे सोपे आहे, तथापि, आम्हाला वेग देखील आवश्यक आहे. MOSFET च्या संरचनेत तुम्ही बघू शकता, GS, GD मध्ये परजीवी कॅपॅसिटन्स आहे आणि MOSFET चे ड्रायव्हिंग म्हणजे, कॅपेसिटन्सचे चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग आहे. कॅपेसिटर चार्ज करण्यासाठी करंट आवश्यक आहे, कारण कॅपेसिटर त्वरित चार्ज करणे शॉर्ट सर्किट म्हणून पाहिले जाऊ शकते, त्यामुळे त्वरित प्रवाह जास्त असेल. MOSFET ड्रायव्हर निवडताना/डिझाइन करताना लक्षात घेण्याची पहिली गोष्ट म्हणजे तात्काळ शॉर्ट-सर्किट करंटचा आकार जो प्रदान केला जाऊ शकतो.

दुसरी गोष्ट लक्षात घेण्यासारखी आहे की, सामान्यत: हाय-एंड ड्राइव्ह NMOS मध्ये वापरली जाते, ऑन-टाइम गेट व्होल्टेज स्त्रोत व्होल्टेजपेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे. स्त्रोत व्होल्टेजवर उच्च-एंड ड्राइव्ह MOSFET आणि ड्रेन व्होल्टेज (VCC) समान आहे, म्हणून नंतर गेट व्होल्टेज VCC 4V किंवा 10V पेक्षा. जर त्याच सिस्टीममध्ये, VCC पेक्षा मोठा व्होल्टेज मिळवण्यासाठी, आम्हाला बूस्ट सर्किटमध्ये तज्ञ असणे आवश्यक आहे. बऱ्याच मोटार ड्रायव्हर्समध्ये इंटिग्रेटेड चार्ज पंप असतात, हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की MOSFET चालविण्यासाठी पुरेसा शॉर्ट-सर्किट करंट मिळविण्यासाठी आपण योग्य बाह्य क्षमता निवडली पाहिजे. 4V किंवा 10V हे व्होल्टेजवर सामान्यतः वापरले जाणारे MOSFET आहे, अर्थातच, तुमच्याकडे विशिष्ट फरक असणे आवश्यक आहे. व्होल्टेज जितका जास्त असेल तितका वेग ऑन-स्टेट आणि कमी ऑन-स्टेट रेझिस्टन्स. आता वेगवेगळ्या क्षेत्रांमध्ये लहान ऑन-स्टेट व्होल्टेज MOSFETs देखील वापरले जातात, परंतु 12V ऑटोमोटिव्ह इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टममध्ये, सामान्यतः 4V ऑन-स्टेट पुरेसे आहे. MOSFET चे सर्वात लक्षणीय वैशिष्ट्य म्हणजे चांगल्याचे स्विचिंग वैशिष्ट्ये, म्हणून ते मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग सर्किट्सची आवश्यकता आहे, जसे की स्विचिंग पॉवर सप्लाय आणि मोटर ड्राइव्ह, परंतु प्रकाश मंद करणे देखील. कंडक्ट करणे म्हणजे स्विच म्हणून काम करणे, जे स्विच क्लोजरच्या समतुल्य आहे. NMOS वैशिष्ट्ये, विशिष्ट मूल्यापेक्षा जास्त Vgs आचरण करेल, जेव्हा स्त्रोत ग्राउंड (लो-एंड ड्राइव्ह) असेल तेव्हा वापरण्यासाठी योग्य असेल, जोपर्यंत गेट आहे. 4V किंवा 10V.PMOS वैशिष्ट्यांचे व्होल्टेज, विशिष्ट मूल्यापेक्षा कमी Vgs चालेल, जेव्हा स्रोत VCC (हाय-एंड ड्राइव्ह) शी जोडलेला असेल तेव्हा वापरण्यासाठी योग्य. तथापि, जरी पीएमओएस हा हाय एंड ड्रायव्हर म्हणून सहज वापरता येत असला तरी, एनएमओएस सामान्यतः हाय एंड ड्रायव्हर्समध्ये मोठ्या प्रमाणात ऑन-रेझिस्टन्स, उच्च किंमत आणि काही बदली प्रकारांमुळे वापरला जातो.

आता MOSFET ड्राइव्ह लो-व्होल्टेज ऍप्लिकेशन्स, जेव्हा 5V वीज पुरवठ्याचा वापर केला जातो, यावेळी आपण पारंपारिक टोटेम पोल संरचना वापरल्यास, ट्रान्झिस्टरमुळे सुमारे 0.7V व्होल्टेज ड्रॉप होईल, परिणामी वास्तविक अंतिम गेट वर जोडले जाईल. व्होल्टेज फक्त 4.3 V आहे. यावेळी, आम्ही विशिष्ट जोखमीच्या अस्तित्वावर MOSFET चे 4.5V चे नाममात्र गेट व्होल्टेज निवडतो. हीच समस्या 3V किंवा इतर कमी-व्होल्टेज वीज पुरवठा प्रसंगी वापरताना आढळते. काही कंट्रोल सर्किट्समध्ये ड्युअल व्होल्टेजचा वापर केला जातो जेथे लॉजिक सेक्शन ठराविक 5V किंवा 3.3V डिजिटल व्होल्टेज वापरतो आणि पॉवर सेक्शन 12V किंवा त्याहून अधिक वापरतो. दोन व्होल्टेज कॉमन ग्राउंड वापरून जोडलेले आहेत. हे सर्किट वापरण्याची आवश्यकता ठेवते जे कमी व्होल्टेज बाजूस उच्च व्होल्टेजच्या बाजूने MOSFET ला प्रभावीपणे नियंत्रित करण्यास अनुमती देते, तर उच्च व्होल्टेज बाजूच्या MOSFET ला 1 आणि 2 मध्ये नमूद केलेल्या समान समस्यांचा सामना करावा लागेल. तिन्ही प्रकरणांमध्ये, टोटेम पोल स्ट्रक्चर आउटपुट आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही आणि बऱ्याच ऑफ-द-शेल्फ MOSFET ड्रायव्हर IC मध्ये गेट व्होल्टेज मर्यादित संरचना समाविष्ट असल्याचे दिसत नाही. इनपुट व्होल्टेज हे निश्चित मूल्य नाही, ते वेळ किंवा इतर घटकांनुसार बदलते. या भिन्नतेमुळे PWM सर्किटद्वारे MOSFET ला प्रदान केलेले ड्राइव्ह व्होल्टेज अस्थिर होते. MOSFET ला उच्च गेट व्होल्टेजपासून सुरक्षित करण्यासाठी, अनेक MOSFET मध्ये गेट व्होल्टेजचे मोठेपणा जबरदस्तीने मर्यादित करण्यासाठी अंगभूत व्होल्टेज रेग्युलेटर असतात.

 

या प्रकरणात, जेव्हा प्रदान केलेले ड्राइव्ह व्होल्टेज रेग्युलेटरच्या व्होल्टेजपेक्षा जास्त असेल, तेव्हा ते मोठ्या प्रमाणात स्थिर वीज वापरास कारणीभूत ठरेल त्याच वेळी, जर तुम्ही गेट व्होल्टेज कमी करण्यासाठी रेझिस्टर व्होल्टेज डिव्हायडरचे तत्त्व वापरत असाल, तर तुलनेने एक व्होल्टेज असेल. उच्च इनपुट व्होल्टेज, MOSFET चांगले कार्य करते, तर इनपुट व्होल्टेज कमी होते जेव्हा गेट व्होल्टेज अपर्याप्तपणे पूर्ण वहन होण्यासाठी अपुरा असतो, त्यामुळे वीज वापर वाढतो.

येथे फक्त NMOS ड्रायव्हर सर्किटसाठी एक साधे विश्लेषण करण्यासाठी तुलनेने सामान्य सर्किट: Vl आणि Vh हे अनुक्रमे लो-एंड आणि हाय-एंड पॉवर सप्लाय आहेत, दोन व्होल्टेज समान असू शकतात, परंतु Vl Vh पेक्षा जास्त नसावा. Q1 आणि Q2 एक उलटा टोटेम पोल बनवतात, ज्याचा वापर अलगाव साध्य करण्यासाठी केला जातो आणि त्याच वेळी Q3 आणि Q4 दोन ड्रायव्हर ट्यूब एकाच वेळी चालू होणार नाहीत याची खात्री करण्यासाठी. R2 आणि R3 PWM व्होल्टेज संदर्भ प्रदान करतात, आणि हा संदर्भ बदलून, आपण सर्किट चांगले कार्य करू शकता, आणि गेट व्होल्टेज संपूर्ण वहन होण्यासाठी पुरेसे नाही, त्यामुळे वीज वापर वाढतो. R2 आणि R3 PWM व्होल्टेज संदर्भ प्रदान करतात, हा संदर्भ बदलून, तुम्ही PWM सिग्नल वेव्हफॉर्ममध्ये सर्किटला तुलनेने उंच आणि सरळ स्थितीत काम करू देऊ शकता. Q3 आणि Q4 चा वापर ड्राइव्ह करंट प्रदान करण्यासाठी केला जातो, ऑन-टाइममुळे, Vh आणि GND च्या सापेक्ष Q3 आणि Q4 फक्त Vce व्होल्टेज ड्रॉपचे किमान असतात, हे व्होल्टेज ड्रॉप सहसा फक्त 0.3V किंवा त्यापेक्षा कमी असते. 0.7V पेक्षा Vce R5 आणि R6 हे गेट व्होल्टेज सॅम्पलिंगसाठी फीडबॅक रेझिस्टर आहेत, व्होल्टेजचे सॅम्पलिंग केल्यानंतर, गेटचा व्होल्टेज गेट व्होल्टेजला फीडबॅक रेझिस्टर म्हणून वापरला जातो आणि नमुन्याचा व्होल्टेज गेट व्होल्टेजसाठी वापरला जातो. R5 आणि R6 हे फीडबॅक रेझिस्टर आहेत जे गेट व्होल्टेजचे नमुने देण्यासाठी वापरले जातात, जे नंतर Q1 आणि Q2 च्या बेसवर मजबूत नकारात्मक प्रतिक्रिया तयार करण्यासाठी Q5 मधून पास केले जातात, त्यामुळे गेट व्होल्टेज मर्यादित मूल्यापर्यंत मर्यादित होते. हे मूल्य R5 आणि R6 द्वारे समायोजित केले जाऊ शकते. शेवटी, R1 Q3 आणि Q4 ला बेस करंटची मर्यादा प्रदान करते आणि R4 MOSFETs ला गेट करंटची मर्यादा प्रदान करते, जी Q3Q4 च्या बर्फाची मर्यादा आहे. आवश्यक असल्यास प्रवेगक कॅपेसिटर R4 वर समांतर जोडला जाऊ शकतो.                                         

पोर्टेबल उपकरणे आणि वायरलेस उत्पादने डिझाइन करताना, उत्पादनाची कार्यक्षमता सुधारणे आणि बॅटरीचा कार्यकाळ वाढवणे या दोन समस्यांना डिझायनरांना सामोरे जावे लागते. DC-DC कन्व्हर्टर्समध्ये उच्च कार्यक्षमता, उच्च आउटपुट करंट आणि कमी शांत प्रवाहाचे फायदे आहेत, जे पोर्टेबल पॉवरिंगसाठी अतिशय योग्य आहेत. उपकरणे

DC-DC कन्व्हर्टर्समध्ये उच्च कार्यक्षमता, उच्च आउटपुट करंट आणि कमी शांत प्रवाहाचे फायदे आहेत, जे पोर्टेबल उपकरणांना पॉवर करण्यासाठी अतिशय योग्य आहेत. सध्या, डीसी-डीसी कन्व्हर्टर डिझाइन तंत्रज्ञानाच्या विकासातील मुख्य ट्रेंडमध्ये हे समाविष्ट आहे: उच्च-फ्रिक्वेंसी तंत्रज्ञान: स्विचिंग फ्रिक्वेंसीमध्ये वाढ झाल्यामुळे, स्विचिंग कन्व्हर्टरचा आकार देखील कमी झाला आहे, पॉवर घनता लक्षणीय वाढली आहे आणि डायनॅमिक प्रतिसाद सुधारला आहे. लहान

पॉवर DC-DC कनवर्टर स्विचिंग वारंवारता मेगाहर्ट्झ स्तरावर वाढेल. कमी आउटपुट व्होल्टेज तंत्रज्ञान: सेमीकंडक्टर उत्पादन तंत्रज्ञानाच्या सतत विकासामुळे, मायक्रोप्रोसेसर आणि पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण ऑपरेटिंग व्होल्टेज कमी आणि कमी होत आहे, ज्यासाठी भविष्यातील डीसी-डीसी कनवर्टर आवश्यक आहे ते मायक्रोप्रोसेसर आणि पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांशी जुळवून घेण्यासाठी कमी आउटपुट व्होल्टेज प्रदान करू शकतात, जे भविष्यातील DC-DC कनवर्टर मायक्रोप्रोसेसरशी जुळवून घेण्यासाठी कमी आउटपुट व्होल्टेज देऊ शकतो.

मायक्रोप्रोसेसर आणि पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांशी जुळवून घेण्यासाठी कमी आउटपुट व्होल्टेज प्रदान करण्यासाठी पुरेसे आहे. या तांत्रिक घडामोडींनी वीज पुरवठा चिप सर्किट्सच्या डिझाइनसाठी उच्च आवश्यकता पुढे केल्या आहेत. सर्व प्रथम, वाढत्या स्विचिंग वारंवारतेसह, स्विचिंग घटकांचे कार्यप्रदर्शन पुढे ठेवले जाते

स्विचिंग घटकाच्या कार्यक्षमतेसाठी उच्च आवश्यकता, आणि स्विचिंग घटक सामान्य ऑपरेशनच्या मेगाहर्ट्झ पातळीपर्यंत स्विचिंग वारंवारता मध्ये स्विचिंग घटक असल्याची खात्री करण्यासाठी संबंधित स्विचिंग घटक ड्राइव्ह सर्किट असणे आवश्यक आहे. दुसरे म्हणजे, बॅटरीवर चालणाऱ्या पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी, सर्किटचे ऑपरेटिंग व्होल्टेज कमी असते (उदाहरणार्थ, लिथियम बॅटरीच्या बाबतीत).

लिथियम बॅटरी, उदाहरणार्थ, ऑपरेटिंग व्होल्टेज 2.5 ~ 3.6V), त्यामुळे कमी व्होल्टेजसाठी वीज पुरवठा चिप.

MOSFET मध्ये खूप कमी ऑन-रेझिस्टन्स, कमी ऊर्जेचा वापर आहे, सध्याच्या लोकप्रिय उच्च-कार्यक्षमतेमध्ये DC-DC चिप अधिक MOSFET पॉवर स्विच म्हणून आहे. तथापि, MOSFETs च्या मोठ्या परजीवी कॅपेसिटन्समुळे. हे उच्च ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी डीसी-डीसी कन्व्हर्टर डिझाइन करण्यासाठी स्विचिंग ट्यूब ड्रायव्हर सर्किट्सच्या डिझाइनवर उच्च आवश्यकता ठेवते. कमी व्होल्टेज ULSI डिझाइनमध्ये बूटस्ट्रॅप बूस्ट स्ट्रक्चर आणि ड्रायव्हर सर्किट्स मोठ्या कॅपेसिटिव्ह लोड्सचा वापर करणारे विविध CMOS, BiCMOS लॉजिक सर्किट्स आहेत. हे सर्किट 1V पेक्षा कमी व्होल्टेज पुरवठ्याच्या परिस्थितीत योग्यरित्या कार्य करण्यास सक्षम आहेत आणि लोड कॅपेसिटन्स 1 ~ 2pF वारंवारता दहापट मेगाबिट्स किंवा शेकडो मेगाहर्ट्झपर्यंत पोहोचू शकतात अशा परिस्थितीत कार्य करू शकतात. या पेपरमध्ये, कमी-व्होल्टेज, उच्च स्विचिंग वारंवारता बूस्ट डीसी-डीसी कनवर्टर ड्राइव्ह सर्किटसाठी योग्य असलेल्या मोठ्या लोड कॅपेसिटन्स ड्राइव्ह क्षमता डिझाइन करण्यासाठी बूटस्ट्रॅप बूस्ट सर्किटचा वापर केला जातो. हाय-एंड MOSFET चालविण्यासाठी लो-एंड व्होल्टेज आणि PWM. MOSFETs च्या उच्च गेट व्होल्टेज आवश्यकता चालविण्यासाठी लहान मोठेपणा PWM सिग्नल.