كيف تعمل حزمة الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) المحسنة

عند تصميم مصدر طاقة تبديل أو دائرة تشغيل محرك باستخدام دوائر MOSFET المغلفة، يأخذ معظم الناس في الاعتبار مقاومة MOS، والجهد الأقصى، وما إلى ذلك، والحد الأقصى للتيار، وما إلى ذلك، وهناك الكثير ممن يأخذون في الاعتبار هذه العوامل فقط. قد تنجح مثل هذه الدوائر، لكنها ليست ممتازة ولا يُسمح بها كتصميمات رسمية للمنتجات.

فيما يلي ملخص بسيط لأساسيات MOSFET وموسفيتدوائر السائق، والتي أشير إليها في عدد من المصادر، وليست كلها أصلية. بما في ذلك إدخال الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة، والخصائص، ودوائر القيادة والتطبيق. التعبئة والتغليف أنواع MOSFET والوصلات MOSFET عبارة عن FET (JFET آخر)، ويمكن تصنيعها إلى نوع محسّن أو مستنفد، أو قناة P أو قناة N بإجمالي أربعة أنواع، ولكن التطبيق الفعلي فقط لـ MOSFET N-channel المحسّن وP المحسّن -قناة MOSFET، والتي يشار إليها عادةً باسم NMOS، أو PMOS تشير إلى هذين النوعين.

أما لماذا لا نستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) من النوع المستنزف، فلا ينصح بالوصول إلى الجزء السفلي منها. بالنسبة لهذين النوعين من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET)، يتم استخدام NMOS بشكل أكثر شيوعًا بسبب انخفاض مقاومته وسهولة تصنيعه. لذا فإن تبديل تطبيقات إمدادات الطاقة ومحرك السيارات، يستخدم بشكل عام NMOS. المقدمة التالية، ولكن أيضا أكثر من ذلكNMOS-قائم على.

تتمتع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بسعة طفيلية بين الأطراف الثلاثة، وهي ليست هناك حاجة إليها، ولكن بسبب قيود عملية التصنيع. إن وجود سعة طفيلية في تصميم أو اختيار دائرة القيادة قد يسبب بعض المشاكل، ولكن لا توجد طريقة لتجنبها، ومن ثم وصفها بالتفصيل. كما ترون في مخطط MOSFET، يوجد صمام ثنائي طفيلي بين المصرف والمصدر.

وهذا ما يسمى صمام ثنائي الجسم وهو مهم في قيادة الأحمال الحثية مثل المحركات. بالمناسبة، ديود الجسم موجود فقط بشكل فرديالدوائر المتكاملة منخفضة المقاومةوعادة ما لا يكون موجودًا داخل شريحة الدائرة المتكاملة. MOSFET ON CharacteristicsOn يعني العمل كمفتاح، وهو ما يعادل إغلاق المفتاح.

خصائص NMOS، سيتم إجراء Vgs أكبر من قيمة معينة، ومناسبة للاستخدام في حالة تأريض المصدر (محرك منخفض النهاية)، طالما أن جهد البوابة يبلغ 4 فولت أو 10 فولت. خصائص PMOS، سوف يتم إجراء VGS أقل من قيمة معينة، ومناسبة للاستخدام في حالة توصيل المصدر بـ VCC (محرك الأقراص المتطور). ومع ذلك، على الرغم من أنه يمكن استخدام PMOS بسهولة كمحرك متطور، إلا أن NMOS يستخدم عادةً في برامج التشغيل المتطورة نظرًا لمقاومته الكبيرة والسعر المرتفع وأنواع الاستبدال القليلة.

تعبئة فقدان أنبوب تبديل MOSFET، سواء كان NMOS أو PMOS، بعد التوصيل توجد مقاومة، بحيث يستهلك التيار الطاقة في هذه المقاومة، ويسمى هذا الجزء من الطاقة المستهلكة بفقد التوصيل. سيؤدي اختيار MOSFET بمقاومة صغيرة إلى تقليل فقدان التوصيل. في الوقت الحاضر، تبلغ مقاومة MOSFET ذات الطاقة الصغيرة بشكل عام حوالي عشرات المللي أوم، وتتوفر أيضًا بضعة ملي أوم. يجب ألا يكتمل MOS في لحظة عندما يوصل وينقطع. الجهد الكهربائي على جانبي MOS له قيمة عملية التناقص، والتيار المتدفق من خلاله لديه عملية زيادة. خلال هذا الوقت، يكون فقدان MOSFET هو حاصل ضرب الجهد والتيار، وهو ما يسمى بخسارة التبديل. عادةً ما تكون خسارة التبديل أكبر بكثير من خسارة التوصيل، وكلما زاد تردد التبديل، زادت الخسارة. إن ناتج الجهد والتيار في لحظة التوصيل كبير جدًا، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة.

يؤدي تقصير وقت التبديل إلى تقليل الخسارة عند كل توصيل؛ يؤدي تقليل تردد التبديل إلى تقليل عدد المفاتيح لكل وحدة زمنية. كل من هذه الأساليب يمكن أن تقلل من خسائر التبديل. إن ناتج الجهد والتيار في لحظة التوصيل كبير، والخسارة الناتجة كبيرة أيضًا. يمكن أن يؤدي تقصير وقت التبديل إلى تقليل الخسارة عند كل توصيل؛ يمكن أن يؤدي تقليل تردد التبديل إلى تقليل عدد المفاتيح لكل وحدة زمنية. كل من هذه الأساليب يمكن أن تقلل من خسائر التبديل. القيادة بالمقارنة مع الترانزستورات ثنائية القطب، يُعتقد عمومًا أنه لا يلزم وجود تيار لتشغيل MOSFET المعبأ، طالما أن جهد GS أعلى من قيمة معينة. من السهل القيام بذلك، لكننا نحتاج أيضًا إلى السرعة. يمكن رؤية هيكل MOSFET المغلف في وجود سعة طفيلية بين GS وGD، وقيادة MOSFET هي في الواقع شحن وتفريغ السعة. يتطلب شحن المكثف تيارًا، لأن شحن المكثف على الفور يمكن اعتباره دائرة كهربائية قصيرة، وبالتالي فإن التيار اللحظي سيكون أكبر. أول شيء يجب ملاحظته عند اختيار/تصميم برنامج تشغيل MOSFET هو حجم تيار الدائرة القصيرة اللحظي الذي يمكن توفيره.

الشيء الثاني الذي يجب ملاحظته هو أن جهد البوابة في الوقت المحدد يجب أن يكون أكبر من جهد المصدر، والذي يستخدم بشكل عام في نظام NMOS للمحرك المتطور. الجهد العالي لمصدر توصيل MOSFET وجهد التصريف (VCC) هو نفسه، وبالتالي فإن جهد البوابة من VCC هو 4 فولت أو 10 فولت. إذا كان في نفس النظام، للحصول على جهد أكبر من VCC، علينا أن نتخصص في تعزيز الدوائر. العديد من محركات المحركات لديها مضخات شحن مدمجة، من المهم ملاحظة أنه يجب عليك اختيار السعة الخارجية المناسبة، من أجل الحصول على ما يكفي من تيار الدائرة القصيرة لتشغيل MOSFET. يتم استخدام 4V أو 10V بشكل شائع في الجهد الكهربي لـ MOSFET، وبطبيعة الحال، يحتاج التصميم إلى هامش معين. كلما زاد الجهد، زادت سرعة الحالة وقلت المقاومة على الحالة. في الوقت الحاضر، هناك دوائر MOSFET ذات جهد أصغر على الحالة تستخدم في مجالات مختلفة، ولكن في الأنظمة الإلكترونية للسيارات بجهد 12 فولت، يكون 4 فولت على الحالة بشكل عام كافيًا. دائرة محرك MOSFET وخسارتها.