دائرة سائق MOSFET ذات الحزمة الكبيرة

بادئ ذي بدء، يمكن تصنيع نوع MOSFET وهيكله، MOSFET هو FET (آخر هو JFET)، ويمكن تصنيعه إلى نوع محسن أو مستنفد، أو قناة P أو قناة N بإجمالي أربعة أنواع، ولكن التطبيق الفعلي لـ N المحسن فقط الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) ذات القناة ووحدات MOSFET ذات القناة P المحسنة، والتي يشار إليها عادةً باسم NMOSFET، أو يشير PMOSFET إلى NMOSFET المذكور عادةً، أو يشير PMOSFET إلى هذين النوعين. بالنسبة لهذين النوعين من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs)، يتم استخدام NMOSFETs بشكل أكثر شيوعًا بسبب انخفاض مقاومتها وسهولة تصنيعها. ولذلك، تُستخدم NMOSFETs بشكل عام في تبديل إمدادات الطاقة وتطبيقات محرك السيارات، وتركز المقدمة التالية أيضًا على NMOSFETs. توجد سعة طفيلية بين أطرافه الثلاثةموسفيت، وهو أمر غير مطلوب، بل بسبب القيود المفروضة على عملية التصنيع. إن وجود السعة الطفيلية يجعل من الصعب بعض الشيء تصميم أو اختيار دائرة التشغيل. يوجد صمام ثنائي طفيلي بين المصرف والمصدر. وهذا ما يسمى صمام ثنائي الجسم وهو مهم في قيادة الأحمال الحثية مثل المحركات. بالمناسبة، الصمام الثنائي للجسم موجود فقط في الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) وعادةً لا يكون موجودًا داخل شريحة IC.

الآنموسفيتقيادة التطبيقات ذات الجهد المنخفض، عند استخدام مصدر طاقة 5 فولت، هذه المرة إذا كنت تستخدم هيكل عمود الطوطم التقليدي، نظرًا لانخفاض جهد الترانزستور بحوالي 0.7 فولت، مما يؤدي إلى إضافة الجهد النهائي الفعلي إلى البوابة على الجهد فقط 4.3 فولت. في هذا الوقت، نختار جهد البوابة الاسمي 4.5 فولت للـ MOSFET على وجود مخاطر معينة. تحدث نفس المشكلة عند استخدام 3V أو غيرها من مناسبات إمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض. يتم استخدام الجهد المزدوج في بعض دوائر التحكم حيث يستخدم قسم المنطق جهدًا رقميًا نموذجيًا 5 فولت أو 3.3 فولت ويستخدم قسم الطاقة 12 فولت أو أعلى. يتم توصيل الفولتين باستخدام أرضية مشتركة. وهذا يتطلب استخدام دائرة تسمح لجانب الجهد المنخفض بالتحكم بشكل فعال في MOSFET على جانب الجهد العالي، بينما سيواجه MOSFET على جانب الجهد العالي نفس المشاكل المذكورة في 1 و 2.

في جميع الحالات الثلاث، لا يمكن لهيكل عمود الطوطم تلبية متطلبات الإخراج، ولا يبدو أن العديد من الدوائر المتكاملة لمشغل MOSFET الجاهزة تتضمن هيكلًا يحد من جهد البوابة. إن جهد الدخل ليس قيمة ثابتة، فهو يختلف مع الوقت أو عوامل أخرى. يؤدي هذا الاختلاف إلى أن يكون جهد المحرك المقدم إلى MOSFET بواسطة دائرة PWM غير مستقر. من أجل جعل MOSFET آمنًا من الفولتية العالية للبوابة، تحتوي العديد من MOSFET على منظمات جهد مدمجة للحد بقوة من سعة جهد البوابة. في هذه الحالة، عندما يتم توفير جهد المحرك أكثر من منظم الجهد، فسوف يتسبب ذلك في استهلاك طاقة ثابت كبير في نفس الوقت، إذا كنت ببساطة تستخدم مبدأ مقسم جهد المقاوم لتقليل جهد البوابة، فسيكون هناك ارتفاع نسبيًا جهد الدخل،موسفيتيعمل بشكل جيد، في حين يتم تقليل جهد الدخل عندما يكون جهد البوابة غير كاف لإحداث توصيل أقل من كامل، وبالتالي زيادة استهلاك الطاقة.

دائرة شائعة نسبيًا هنا فقط لدائرة تشغيل NMOSFET لإجراء تحليل بسيط: Vl وVh هما مصدر الطاقة المنخفض والعالي، ويمكن أن يكون الجهدان متماثلين، لكن Vl يجب ألا يتجاوز Vh. يشكل Q1 وQ2 قطبًا طوطمًا مقلوبًا، يستخدم لتحقيق العزل، وفي نفس الوقت للتأكد من أن أنبوبي المحرك Q3 وQ4 لن يكونا في نفس الوقت التوصيل. يوفر R2 وR3 جهد PWM يوفر R2 وR3 مرجع جهد PWM، ومن خلال تغيير هذا المرجع، يمكنك ترك الدائرة تعمل في شكل موجة إشارة PWM بشكل حاد ومستقيم نسبيًا. يتم استخدام Q3 وQ4 لتوفير تيار المحرك، نظرًا لأن Q3 وQ4 بالنسبة إلى Vh وGND لا يمثلان سوى الحد الأدنى من انخفاض جهد Vce، فإن انخفاض الجهد هذا عادة ما يكون 0.3 فولت فقط أو نحو ذلك، أقل بكثير أكثر من 0.7 فولت، Vce R5 وR6 هما مقاومات التغذية الراجعة، المستخدمة للبوابة R5 وR6 هي مقاومات التغذية الراجعة المستخدمة لأخذ عينات من جهد البوابة، والذي يتم تمريره بعد ذلك عبر Q5 لتوليد ردود فعل سلبية قوية على قواعد Q1 و Q2، مما يحد من جهد البوابة إلى قيمة محدودة. يمكن تعديل هذه القيمة بواسطة R5 وR6. أخيرًا، يوفر R1 الحد من تيار القاعدة إلى Q3 وQ4، ويوفر R4 الحد من تيار البوابة إلى الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET)، وهو الحد من الجليد في Q3Q4. يمكن توصيل مكثف التسارع على التوازي فوق R4 إذا لزم الأمر.