MOSFET യഥാർത്ഥ അടിസ്ഥാന അറിവും പ്രയോഗവും

എന്തിനാണ് ഡിപ്ലിഷൻ മോഡ് എന്നതിന്MOSFET-കൾഉപയോഗിച്ചിട്ടില്ല, അതിൻ്റെ അടിയിലേക്ക് പോകാൻ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നില്ല.

ഈ രണ്ട് മെച്ചപ്പെടുത്തൽ-മോഡ് MOSFET-കൾക്കായി, NMOS ആണ് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. കാരണം, ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് ചെറുതും നിർമ്മിക്കാൻ എളുപ്പവുമാണ്. അതിനാൽ, വൈദ്യുതി വിതരണത്തിലും മോട്ടോർ ഡ്രൈവ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും സ്വിച്ചുചെയ്യുന്നതിന് NMOS സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇനിപ്പറയുന്ന ആമുഖത്തിൽ, NMOS ആണ് കൂടുതലായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

MOSFET ൻ്റെ മൂന്ന് പിന്നുകൾക്കിടയിൽ ഒരു പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് ഉണ്ട്. ഇത് നമുക്ക് ആവശ്യമുള്ളതല്ല, മറിച്ച് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയുടെ പരിമിതികൾ മൂലമാണ്. ഒരു ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ട് രൂപകൽപന ചെയ്യുമ്പോഴോ തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോഴോ പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെ അസ്തിത്വം കൂടുതൽ പ്രശ്‌നമുണ്ടാക്കുന്നു, പക്ഷേ അത് ഒഴിവാക്കാൻ ഒരു മാർഗവുമില്ല. ഞങ്ങൾ അത് പിന്നീട് വിശദമായി അവതരിപ്പിക്കും.

ചോർച്ചയ്ക്കും ഉറവിടത്തിനും ഇടയിൽ ഒരു പരാന്നഭോജി ഡയോഡ് ഉണ്ട്. ഇതിനെ ബോഡി ഡയോഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇൻഡക്റ്റീവ് ലോഡുകൾ (മോട്ടോറുകൾ പോലുള്ളവ) ഡ്രൈവ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഈ ഡയോഡ് വളരെ പ്രധാനമാണ്. വഴിയിൽ, ബോഡി ഡയോഡ് ഒരൊറ്റ MOSFET-ൽ മാത്രമേ നിലനിൽക്കൂ, സാധാരണയായി ഒരു ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട് ചിപ്പിനുള്ളിൽ ഇത് കാണപ്പെടുന്നില്ല.

 

2. MOSFET ചാലക സവിശേഷതകൾ

നടത്തുക എന്നതിനർത്ഥം ഒരു സ്വിച്ച് ആയി പ്രവർത്തിക്കുക എന്നാണ്, ഇത് സ്വിച്ച് അടച്ചതിന് തുല്യമാണ്.

Vgs ഒരു നിശ്ചിത മൂല്യത്തേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ അത് ഓണാകും എന്നതാണ് NMOS-ൻ്റെ സവിശേഷത. ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് 4V അല്ലെങ്കിൽ 10V വരെ എത്തുന്നിടത്തോളം, ഉറവിടം ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്യുമ്പോൾ (ലോ-എൻഡ് ഡ്രൈവ്) ഉപയോഗത്തിന് അനുയോജ്യമാണ്.

പിഎംഒഎസിൻ്റെ സവിശേഷതകൾ, വിജിഎസ് ഒരു നിശ്ചിത മൂല്യത്തേക്കാൾ കുറവായിരിക്കുമ്പോൾ അത് ഓണാകും, ഇത് ഉറവിടം വിസിസിയുമായി (ഹൈ-എൻഡ് ഡ്രൈവ്) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന സാഹചര്യങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, എന്നിരുന്നാലുംപിഎംഒഎസ്ഒരു ഹൈ-എൻഡ് ഡ്രൈവറായി എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാം, വലിയ ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ്, ഉയർന്ന വില, കുറച്ച് റീപ്ലേസ്‌മെൻ്റ് തരങ്ങൾ എന്നിവ കാരണം NMOS സാധാരണയായി ഹൈ-എൻഡ് ഡ്രൈവറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

 

3. MOS സ്വിച്ച് ട്യൂബ് നഷ്ടം

അത് NMOS ആയാലും PMOS ആയാലും, അത് ഓണാക്കിയതിന് ശേഷം ഒരു ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് ഉണ്ട്, അതിനാൽ കറൻ്റ് ഈ പ്രതിരോധത്തിൽ ഊർജ്ജം ചെലവഴിക്കും. ഉപഭോഗം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഈ ഭാഗത്തെ ചാലക നഷ്ടം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ചെറിയ ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് ഉള്ള ഒരു MOSFET തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് ചാലക നഷ്ടം കുറയ്ക്കും. ഇന്നത്തെ ലോ-പവർ MOSFET ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസ് സാധാരണയായി പതിനായിരക്കണക്കിന് മില്ലിഓമുകൾ ആണ്, കൂടാതെ നിരവധി മില്ലിഓമുകളും ഉണ്ട്.

MOSFET ഓൺ ചെയ്യുകയും ഓഫ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, അത് തൽക്ഷണം പൂർത്തിയാക്കാൻ പാടില്ല. MOS-ൽ ഉടനീളമുള്ള വോൾട്ടേജ് കുറയുന്ന പ്രക്രിയയുണ്ട്, ഒഴുകുന്ന കറൻ്റിന് വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന പ്രക്രിയയുണ്ട്. ഈ കാലയളവിൽ, ദിMOSFET ൻ്റെവോൾട്ടേജിൻ്റെയും കറൻ്റിൻ്റെയും ഉൽപ്പന്നമാണ് നഷ്ടം, അതിനെ സ്വിച്ചിംഗ് ലോസ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സാധാരണയായി സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടങ്ങൾ ചാലക നഷ്ടത്തേക്കാൾ വളരെ വലുതാണ്, കൂടാതെ സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി വേഗതയേറിയതാണ്, നഷ്ടം വർദ്ധിക്കും.

ചാലകത്തിൻ്റെ നിമിഷത്തിൽ വോൾട്ടേജിൻ്റെയും വൈദ്യുതധാരയുടെയും ഉൽപ്പന്നം വളരെ വലുതാണ്, ഇത് വലിയ നഷ്ടം ഉണ്ടാക്കുന്നു. സ്വിച്ചിംഗ് സമയം കുറയ്ക്കുന്നത് ഓരോ ചാലക സമയത്തും നഷ്ടം കുറയ്ക്കും; സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി കുറയ്ക്കുന്നത് ഒരു യൂണിറ്റ് സമയത്തിന് സ്വിച്ചുകളുടെ എണ്ണം കുറയ്ക്കും. രണ്ട് രീതികളും സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടം കുറയ്ക്കും.

MOSFET ഓൺ ചെയ്യുമ്പോൾ തരംഗരൂപം. ചാലക സമയത്ത് വോൾട്ടേജിൻ്റെയും വൈദ്യുതധാരയുടെയും ഉൽപന്നം വളരെ വലുതാണെന്നും അതുണ്ടാക്കുന്ന നഷ്ടവും വളരെ വലുതാണെന്നും കാണാൻ കഴിയും. സ്വിച്ചിംഗ് സമയം കുറയ്ക്കുന്നത് ഓരോ ചാലക സമയത്തും നഷ്ടം കുറയ്ക്കും; സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി കുറയ്ക്കുന്നത് ഒരു യൂണിറ്റ് സമയത്തിന് സ്വിച്ചുകളുടെ എണ്ണം കുറയ്ക്കും. രണ്ട് രീതികളും സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടം കുറയ്ക്കും.

 

4. MOSFET ഡ്രൈവർ

ബൈപോളാർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, GS വോൾട്ടേജ് ഒരു നിശ്ചിത മൂല്യത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, MOSFET ഓണാക്കാൻ കറൻ്റ് ആവശ്യമില്ലെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. ഇത് ചെയ്യാൻ എളുപ്പമാണ്, പക്ഷേ ഞങ്ങൾക്ക് വേഗതയും ആവശ്യമാണ്.

MOSFET-ൻ്റെ ഘടനയിൽ GS-നും GD-നും ഇടയിൽ ഒരു പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് ഉണ്ടെന്ന് കാണാൻ കഴിയും, കൂടാതെ MOSFET ൻ്റെ ഡ്രൈവിംഗ് യഥാർത്ഥത്തിൽ കപ്പാസിറ്ററിൻ്റെ ചാർജും ഡിസ്ചാർജുമാണ്. കപ്പാസിറ്റർ ചാർജ് ചെയ്യുന്നതിന് ഒരു കറൻ്റ് ആവശ്യമാണ്, കാരണം ചാർജ് ചെയ്യുന്ന നിമിഷത്തിൽ കപ്പാസിറ്റർ ഒരു ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ടായി കണക്കാക്കാം, അതിനാൽ തൽക്ഷണ കറൻ്റ് താരതമ്യേന വലുതായിരിക്കും. ഒരു MOSFET ഡ്രൈവർ തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ/രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ ആദ്യം ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട കാര്യം അത് നൽകാൻ കഴിയുന്ന തൽക്ഷണ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറൻ്റാണ്. ,

ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട രണ്ടാമത്തെ കാര്യം, ഹൈ-എൻഡ് ഡ്രൈവിംഗിന് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന NMOS-ന് ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് ഓണായിരിക്കുമ്പോൾ ഉറവിട വോൾട്ടേജിനേക്കാൾ കൂടുതലായിരിക്കണം എന്നതാണ്. ഉയർന്ന വശത്തുള്ള MOSFET ഓണാക്കുമ്പോൾ, ഉറവിട വോൾട്ടേജ് ഡ്രെയിൻ വോൾട്ടേജിന് (VCC) തുല്യമാണ്, അതിനാൽ ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് ഈ സമയത്ത് VCC യേക്കാൾ 4V അല്ലെങ്കിൽ 10V കൂടുതലാണ്. ഒരേ സിസ്റ്റത്തിൽ VCC യേക്കാൾ വലിയ വോൾട്ടേജ് ലഭിക്കണമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾക്ക് ഒരു പ്രത്യേക ബൂസ്റ്റ് സർക്യൂട്ട് ആവശ്യമാണ്. പല മോട്ടോർ ഡ്രൈവർമാർക്കും സംയോജിത ചാർജ് പമ്പുകൾ ഉണ്ട്. MOSFET ഓടിക്കാൻ മതിയായ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറൻ്റ് ലഭിക്കുന്നതിന് അനുയോജ്യമായ ഒരു ബാഹ്യ കപ്പാസിറ്റർ തിരഞ്ഞെടുക്കണം എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.

 

മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച 4V അല്ലെങ്കിൽ 10V സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന MOSFET-കളുടെ ടേൺ-ഓൺ വോൾട്ടേജാണ്, തീർച്ചയായും ഡിസൈൻ സമയത്ത് ഒരു നിശ്ചിത മാർജിൻ അനുവദിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഒപ്പം വോൾട്ടേജ് കൂടുന്തോറും ചാലക വേഗത കൂടുകയും ചാലക പ്രതിരോധം ചെറുതാകുകയും ചെയ്യും. ഇപ്പോൾ വ്യത്യസ്ത ഫീൽഡുകളിൽ ചെറിയ ചാലക വോൾട്ടേജുകളുള്ള MOSFET-കൾ ഉണ്ട്, എന്നാൽ 12V ഓട്ടോമോട്ടീവ് ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, സാധാരണയായി 4V ചാലകം മതിയാകും.

 

MOSFET ഡ്രൈവർ സർക്യൂട്ടിനും അതിൻ്റെ നഷ്ടങ്ങൾക്കും, ദയവായി Microchip-ൻ്റെ AN799 MOSFET ഡ്രൈവറുകൾക്ക് MOSFET-കൾ പൊരുത്തപ്പെടുത്തുന്നത് കാണുക. ഇത് വളരെ വിശദമായതാണ്, അതിനാൽ ഞാൻ കൂടുതൽ എഴുതുന്നില്ല.

 

ചാലകത്തിൻ്റെ നിമിഷത്തിൽ വോൾട്ടേജിൻ്റെയും വൈദ്യുതധാരയുടെയും ഉൽപ്പന്നം വളരെ വലുതാണ്, ഇത് വലിയ നഷ്ടം ഉണ്ടാക്കുന്നു. സ്വിച്ചിംഗ് സമയം കുറയ്ക്കുന്നത് ഓരോ ചാലക സമയത്തും നഷ്ടം കുറയ്ക്കും; സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി കുറയ്ക്കുന്നത് ഒരു യൂണിറ്റ് സമയത്തിന് സ്വിച്ചുകളുടെ എണ്ണം കുറയ്ക്കും. രണ്ട് രീതികളും സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടം കുറയ്ക്കും.

MOSFET എന്നത് ഒരു തരം FET ആണ് (മറ്റൊന്ന് JFET ആണ്). ഇത് എൻഹാൻസ്‌മെൻ്റ് മോഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഡിപ്ലിഷൻ മോഡ്, പി-ചാനൽ അല്ലെങ്കിൽ എൻ-ചാനൽ എന്നിങ്ങനെ മൊത്തം 4 തരങ്ങളാക്കി മാറ്റാം. എന്നിരുന്നാലും, എൻ-ചാനൽ എൻ-ചാനൽ മോസ്ഫെറ്റ് എൻഹാൻസ്മെൻ്റ് മോഡ് മാത്രമാണ് യഥാർത്ഥത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മെച്ചപ്പെടുത്തൽ-തരം P-ചാനൽ MOSFET, അതിനാൽ NMOS അല്ലെങ്കിൽ PMOS സാധാരണയായി ഈ രണ്ട് തരങ്ങളെ പരാമർശിക്കുന്നു.

 

5. MOSFET ആപ്ലിക്കേഷൻ സർക്യൂട്ട്?

MOSFET ൻ്റെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സ്വഭാവം അതിൻ്റെ നല്ല സ്വിച്ചിംഗ് സ്വഭാവസവിശേഷതകളാണ്, അതിനാൽ ഇലക്ട്രോണിക് സ്വിച്ചുകൾ ആവശ്യമുള്ള സർക്യൂട്ടുകളിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതായത് സ്വിച്ചിംഗ് പവർ സപ്ലൈസ്, മോട്ടോർ ഡ്രൈവുകൾ, അതുപോലെ ലൈറ്റിംഗ് ഡിമ്മിംഗ്.

 

ഇന്നത്തെ MOSFET ഡ്രൈവറുകൾക്ക് നിരവധി പ്രത്യേക ആവശ്യകതകളുണ്ട്:

1. ലോ വോൾട്ടേജ് ആപ്ലിക്കേഷൻ

5V പവർ സപ്ലൈ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഈ സമയത്ത് പരമ്പരാഗത ടോട്ടം പോൾ ഘടനയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്കിൽ, ട്രാൻസിസ്റ്ററിന് ഏകദേശം 0.7V വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് ഉള്ളതിനാൽ, ഗേറ്റിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന യഥാർത്ഥ വോൾട്ടേജ് 4.3V മാത്രമാണ്. ഈ സമയത്ത്, നാമമാത്രമായ ഗേറ്റ് പവർ ഞങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു

4.5V MOSFET ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ ഒരു നിശ്ചിത അപകടസാധ്യതയുണ്ട്. 3V അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് ലോ-വോൾട്ടേജ് പവർ സപ്ലൈസ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോഴും ഇതേ പ്രശ്നം സംഭവിക്കുന്നു.

2. വൈഡ് വോൾട്ടേജ് ആപ്ലിക്കേഷൻ

ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് ഒരു നിശ്ചിത മൂല്യമല്ല, അത് സമയത്തിനോ മറ്റ് ഘടകങ്ങൾക്കോ ​​മാറും. ഈ മാറ്റം MOSFET-ലേക്ക് PWM സർക്യൂട്ട് നൽകുന്ന ഡ്രൈവിംഗ് വോൾട്ടേജ് അസ്ഥിരമാക്കുന്നു.

ഉയർന്ന ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജുകൾക്ക് കീഴിൽ MOSFET-കൾ സുരക്ഷിതമാക്കുന്നതിന്, ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജിൻ്റെ വ്യാപ്തി പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നതിന് പല MOSFET-കളിലും ബിൽറ്റ്-ഇൻ വോൾട്ടേജ് റെഗുലേറ്ററുകൾ ഉണ്ട്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, നൽകിയിരിക്കുന്ന ഡ്രൈവിംഗ് വോൾട്ടേജ് വോൾട്ടേജ് റെഗുലേറ്റർ ട്യൂബിൻ്റെ വോൾട്ടേജ് കവിയുമ്പോൾ, അത് വലിയ സ്റ്റാറ്റിക് പവർ ഉപഭോഗത്തിന് കാരണമാകും.

അതേ സമയം, നിങ്ങൾ ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് റെസിസ്റ്റർ വോൾട്ടേജ് ഡിവിഷൻ തത്വം ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് താരതമ്യേന ഉയർന്നതായിരിക്കുമ്പോൾ MOSFET നന്നായി പ്രവർത്തിക്കും, എന്നാൽ ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് കുറയുമ്പോൾ, ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് അപര്യാപ്തമാകും, ഇത് കാരണമാകും. അപൂർണ്ണമായ ചാലകം, അതുവഴി വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം വർദ്ധിക്കുന്നു.

3. ഡ്യുവൽ വോൾട്ടേജ് ആപ്ലിക്കേഷൻ

ചില നിയന്ത്രണ സർക്യൂട്ടുകളിൽ, ലോജിക് ഭാഗം ഒരു സാധാരണ 5V അല്ലെങ്കിൽ 3.3V ഡിജിറ്റൽ വോൾട്ടേജ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതേസമയം പവർ ഭാഗം 12V അല്ലെങ്കിൽ അതിലും ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ട് വോൾട്ടേജുകളും ഒരു പൊതു ഗ്രൗണ്ടുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഇത് ഒരു സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിക്കേണ്ടതിൻ്റെ ആവശ്യകത ഉയർത്തുന്നു, അതിനാൽ ലോ-വോൾട്ടേജ് സൈഡിന് ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് വശത്തുള്ള MOSFET-നെ ഫലപ്രദമായി നിയന്ത്രിക്കാനാകും. അതേ സമയം, ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് വശത്തുള്ള MOSFET 1, 2 എന്നിവയിൽ പറഞ്ഞിരിക്കുന്ന പ്രശ്നങ്ങളും അഭിമുഖീകരിക്കും.

ഈ മൂന്ന് സാഹചര്യങ്ങളിലും, ടോട്ടം പോൾ ഘടനയ്ക്ക് ഔട്ട്‌പുട്ട് ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല, കൂടാതെ പല ഓഫ്-ദി-ഷെൽഫ് MOSFET ഡ്രൈവർ ഐസികളിലും ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന ഘടനകൾ ഉൾപ്പെടുന്നില്ല.

 

അതിനാൽ ഈ മൂന്ന് ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനായി ഞാൻ താരതമ്യേന പൊതുവായ ഒരു സർക്യൂട്ട് രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു.

,

NMOS-നുള്ള ഡ്രൈവർ സർക്യൂട്ട്

ഇവിടെ ഞാൻ NMOS ഡ്രൈവർ സർക്യൂട്ടിൻ്റെ ഒരു ലളിതമായ വിശകലനം മാത്രം ചെയ്യും:

Vl, Vh എന്നിവ യഥാക്രമം ലോ-എൻഡ്, ഹൈ-എൻഡ് പവർ സപ്ലൈകളാണ്. രണ്ട് വോൾട്ടേജുകളും ഒന്നായിരിക്കാം, എന്നാൽ Vl Vh കവിയാൻ പാടില്ല.

Q1, Q2 എന്നീ രണ്ട് ഡ്രൈവർ ട്യൂബുകൾ Q3, Q4 എന്നിവ ഒരേ സമയം ഓണാകുന്നില്ലെന്ന് ഉറപ്പാക്കിക്കൊണ്ട് ഒറ്റപ്പെടൽ നേടുന്നതിനായി ഒരു വിപരീത ടോട്ടം പോൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു.

R2, R3 എന്നിവ PWM വോൾട്ടേജ് റഫറൻസ് നൽകുന്നു. ഈ റഫറൻസ് മാറ്റുന്നതിലൂടെ, PWM സിഗ്നൽ തരംഗരൂപം താരതമ്യേന കുത്തനെയുള്ള ഒരു സ്ഥാനത്ത് സർക്യൂട്ട് പ്രവർത്തിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

ഡ്രൈവ് കറൻ്റ് നൽകാൻ Q3, Q4 എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഓണാക്കുമ്പോൾ, Q3, Q4 എന്നിവയ്ക്ക് Vh, GND എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ Vce-ൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. ഈ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് സാധാരണയായി ഏകദേശം 0.3V മാത്രമായിരിക്കും, ഇത് 0.7V യുടെ Vce നേക്കാൾ വളരെ കുറവാണ്.

R5, R6 എന്നിവ ഫീഡ്ബാക്ക് റെസിസ്റ്ററുകളാണ്, ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് സാമ്പിൾ ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സാമ്പിൾ വോൾട്ടേജ് Q1, Q2 എന്നിവയുടെ അടിത്തറകളിലേക്ക് ശക്തമായ നെഗറ്റീവ് ഫീഡ്ബാക്ക് സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് Q5 മുതൽ ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജിനെ പരിമിതമായ മൂല്യത്തിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ മൂല്യം R5, R6 എന്നിവയിലൂടെ ക്രമീകരിക്കാം.

അവസാനമായി, R1 Q3, Q4 എന്നിവയ്‌ക്കുള്ള അടിസ്ഥാന കറൻ്റ് പരിധി നൽകുന്നു, കൂടാതെ R4 MOSFET-ന് ഗേറ്റ് കറൻ്റ് പരിധി നൽകുന്നു, ഇത് Q3, Q4 എന്നിവയുടെ ഐസിൻ്റെ പരിധിയാണ്. ആവശ്യമെങ്കിൽ, R4 ന് സമാന്തരമായി ഒരു ആക്സിലറേഷൻ കപ്പാസിറ്റർ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

ഈ സർക്യൂട്ട് ഇനിപ്പറയുന്ന സവിശേഷതകൾ നൽകുന്നു:

1. ഹൈ-സൈഡ് MOSFET ഓടിക്കാൻ ലോ-സൈഡ് വോൾട്ടേജും PWM-ഉം ഉപയോഗിക്കുക.

2. ഉയർന്ന ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് ആവശ്യകതകളുള്ള ഒരു MOSFET ഓടിക്കാൻ ഒരു ചെറിയ ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് PWM സിഗ്നൽ ഉപയോഗിക്കുക.

3. ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജിൻ്റെ പീക്ക് പരിധി

4. ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് നിലവിലെ പരിധികൾ

5. ഉചിതമായ റെസിസ്റ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, വളരെ കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം നേടാനാകും.

6. PWM സിഗ്നൽ വിപരീതമാണ്. NMOS-ന് ഈ സവിശേഷത ആവശ്യമില്ല, മുന്നിൽ ഒരു ഇൻവെർട്ടർ സ്ഥാപിച്ച് ഇത് പരിഹരിക്കാവുന്നതാണ്.

പോർട്ടബിൾ ഉപകരണങ്ങളും വയർലെസ് ഉൽപ്പന്നങ്ങളും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ, ഉൽപ്പന്ന പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതും ബാറ്ററി ലൈഫ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതും ഡിസൈനർമാർ അഭിമുഖീകരിക്കേണ്ട രണ്ട് പ്രശ്നങ്ങളാണ്. DC-DC കൺവെർട്ടറുകൾക്ക് ഉയർന്ന ദക്ഷത, വലിയ ഔട്ട്‌പുട്ട് കറൻ്റ്, കുറഞ്ഞ ക്വിസെൻ്റ് കറൻ്റ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, ഇത് പോർട്ടബിൾ ഉപകരണങ്ങൾ പവർ ചെയ്യുന്നതിന് വളരെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. നിലവിൽ, ഡിസി-ഡിസി കൺവെർട്ടർ ഡിസൈൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനത്തിലെ പ്രധാന പ്രവണതകൾ ഇവയാണ്: (1) ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി സാങ്കേതികവിദ്യ: സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, സ്വിച്ചിംഗ് കൺവെർട്ടറിൻ്റെ വലുപ്പവും കുറയുന്നു, പവർ ഡെൻസിറ്റിയും വളരെയധികം വർദ്ധിക്കുന്നു, ഒപ്പം ചലനാത്മക പ്രതികരണം മെച്ചപ്പെടുന്നു. . ലോ-പവർ ഡിസി-ഡിസി കൺവെർട്ടറുകളുടെ സ്വിച്ചിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി മെഗാഹെർട്സ് തലത്തിലേക്ക് ഉയരും. (2) ലോ ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് ടെക്നോളജി: അർദ്ധചാലക നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ തുടർച്ചയായ വികസനത്തോടെ, മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളുടെയും പോർട്ടബിൾ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജ് കുറയുന്നു, മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ കുറഞ്ഞ ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് നൽകാൻ ഭാവിയിൽ DC-DC കൺവെർട്ടറുകൾ ആവശ്യമാണ്. പ്രോസസ്സറുകൾക്കും പോർട്ടബിൾ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾക്കുമുള്ള ആവശ്യകതകൾ.

ഈ സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വികസനം പവർ ചിപ്പ് സർക്യൂട്ടുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് ഉയർന്ന ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ട് വച്ചിട്ടുണ്ട്. ഒന്നാമതായി, സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തി വർദ്ധിക്കുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, സ്വിച്ചിംഗ് ഘടകങ്ങളുടെ പ്രകടനത്തിൽ ഉയർന്ന ആവശ്യകതകൾ സ്ഥാപിക്കുന്നു. അതേ സമയം, മെഗാഹെർട്സ് വരെയുള്ള സ്വിച്ചിംഗ് ആവൃത്തികളിൽ സ്വിച്ചിംഗ് ഘടകങ്ങൾ സാധാരണയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ അനുബന്ധ സ്വിച്ചിംഗ് എലമെൻ്റ് ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ടുകൾ നൽകണം. രണ്ടാമതായി, ബാറ്ററിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന പോർട്ടബിൾ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾക്ക്, സർക്യൂട്ടിൻ്റെ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് കുറവാണ് (ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് 2.5~3.6V ആണ്), അതിനാൽ, പവർ ചിപ്പിൻ്റെ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് കുറവാണ്.

 

MOSFET-ന് വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷി ഉണ്ട്, കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിലവിൽ പ്രചാരത്തിലുള്ള ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയുള്ള DC-DC ചിപ്പുകളിൽ MOSFET ഒരു പവർ സ്വിച്ച് ആയി ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, MOSFET-ൻ്റെ വലിയ പാരാസൈറ്റിക് കപ്പാസിറ്റൻസ് കാരണം, NMOS സ്വിച്ചിംഗ് ട്യൂബുകളുടെ ഗേറ്റ് കപ്പാസിറ്റൻസ് സാധാരണയായി പതിനായിരക്കണക്കിന് പിക്കോഫറാഡുകളോളം ഉയർന്നതാണ്. ഉയർന്ന ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി ഡിസി-ഡിസി കൺവെർട്ടർ സ്വിച്ചിംഗ് ട്യൂബ് ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ടിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് ഇത് ഉയർന്ന ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ട് വയ്ക്കുന്നു.

ലോ-വോൾട്ടേജ് ULSI ഡിസൈനുകളിൽ, ബൂട്ട്‌സ്‌ട്രാപ്പ് ബൂസ്റ്റ് ഘടനകളും ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ടുകളും വലിയ കപ്പാസിറ്റീവ് ലോഡുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്ന വിവിധതരം CMOS, BiCMOS ലോജിക് സർക്യൂട്ടുകൾ ഉണ്ട്. ഈ സർക്യൂട്ടുകൾക്ക് 1V-ൽ താഴെയുള്ള പവർ സപ്ലൈ വോൾട്ടേജിൽ സാധാരണയായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ 1 മുതൽ 2pF വരെ ലോഡ് കപ്പാസിറ്റൻസുള്ള പതിനായിരക്കണക്കിന് മെഗാഹെർട്സ് അല്ലെങ്കിൽ നൂറുകണക്കിന് മെഗാഹെർട്സ് ആവൃത്തിയിൽ പോലും പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും. ലോ വോൾട്ടേജ്, ഉയർന്ന സ്വിച്ചിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി ബൂസ്റ്റ് ഡിസി-ഡിസി കൺവെർട്ടറുകൾക്ക് അനുയോജ്യമായ വലിയ ലോഡ് കപ്പാസിറ്റൻസ് ഡ്രൈവ് ശേഷിയുള്ള ഒരു ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ട് രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ ഈ ലേഖനം ഒരു ബൂട്ട്സ്ട്രാപ്പ് ബൂസ്റ്റ് സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിക്കുന്നു. സാംസങ് AHP615 BiCMOS പ്രക്രിയയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് സർക്യൂട്ട് രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നത്, കൂടാതെ Hspice സിമുലേഷൻ പരിശോധിച്ചുറപ്പിച്ചതുമാണ്. വിതരണ വോൾട്ടേജ് 1.5V ആണെങ്കിൽ, ലോഡ് കപ്പാസിറ്റൻസ് 60pF ആണെങ്കിൽ, പ്രവർത്തന ആവൃത്തി 5MHz-ൽ കൂടുതൽ എത്താം.

,

MOSFET സ്വിച്ചിംഗ് സവിശേഷതകൾ

,

1. സ്റ്റാറ്റിക് സവിശേഷതകൾ

ഒരു സ്വിച്ചിംഗ് ഘടകം എന്ന നിലയിൽ, MOSFET രണ്ട് അവസ്ഥകളിലും പ്രവർത്തിക്കുന്നു: ഓഫ് അല്ലെങ്കിൽ ഓൺ. MOSFET ഒരു വോൾട്ടേജ് നിയന്ത്രിത ഘടകമായതിനാൽ, അതിൻ്റെ പ്രവർത്തന നില പ്രധാനമായും നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഗേറ്റ്-സോഴ്സ് വോൾട്ടേജ് uGS ആണ്.

 

പ്രവർത്തന സവിശേഷതകൾ ഇപ്രകാരമാണ്:

※ uGS＜ടേൺ-ഓൺ വോൾട്ടേജ് UT: MOSFET കട്ട്-ഓഫ് ഏരിയയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഡ്രെയിൻ-സോഴ്സ് കറൻ്റ് iDS അടിസ്ഥാനപരമായി 0 ആണ്, ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് uDS≈UDD ആണ്, കൂടാതെ MOSFET "ഓഫ്" അവസ്ഥയിലാണ്.

※ uGS>ടേൺ-ഓൺ വോൾട്ടേജ് UT: ചാലക മേഖലയിൽ MOSFET പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഡ്രെയിൻ-സോഴ്സ് കറൻ്റ് iDS=UDD/(RD+rDS). അവയിൽ, MOSFET ഓണായിരിക്കുമ്പോൾ rDS എന്നത് ഡ്രെയിൻ-സോഴ്സ് പ്രതിരോധമാണ്. ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), rDS＜＜RD, uDS≈0V ആണെങ്കിൽ, MOSFET "ഓൺ" അവസ്ഥയിലാണ്.

2. ചലനാത്മക സവിശേഷതകൾ

ഓൺ ഓഫ് സ്റ്റേറ്റുകൾക്കിടയിൽ മാറുമ്പോൾ MOSFET ന് ഒരു പരിവർത്തന പ്രക്രിയയുണ്ട്, എന്നാൽ അതിൻ്റെ ചലനാത്മക സവിശേഷതകൾ പ്രധാനമായും സർക്യൂട്ടുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സ്ട്രേ കപ്പാസിറ്റൻസ് ചാർജ് ചെയ്യാനും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും ആവശ്യമായ സമയത്തെയും ട്യൂബ് ഓണായിരിക്കുമ്പോഴും ഓഫായിരിക്കുമ്പോഴും ചാർജ് ശേഖരണവും ഡിസ്ചാർജും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. വിസർജ്ജന സമയം വളരെ ചെറുതാണ്.

ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് ui ഉയർന്നതിൽ നിന്ന് താഴ്ചയിലേക്ക് മാറുകയും MOSFET ഓൺ സ്റ്റേറ്റിൽ നിന്ന് ഓഫ് സ്റ്റേറ്റിലേക്ക് മാറുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, പവർ സപ്ലൈ UDD, RD വഴി സ്‌ട്രേ കപ്പാസിറ്റൻസ് CL-നെ ചാർജ് ചെയ്യുന്നു, ചാർജിംഗ് സമയ സ്ഥിരമായ τ1=RDCL. അതിനാൽ, ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് uo താഴ്ന്ന നിലയിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന തലത്തിലേക്ക് മാറുന്നതിന് മുമ്പ് ഒരു നിശ്ചിത കാലതാമസത്തിലൂടെ കടന്നുപോകേണ്ടതുണ്ട്; ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് ui താഴ്ന്നതിൽ നിന്ന് ഉയർന്നതിലേക്കും MOSFET ഓഫ് സ്റ്റേറ്റിൽ നിന്ന് ഓൺ സ്റ്റേറ്റിലേക്കും മാറുമ്പോൾ, സ്‌ട്രേ കപ്പാസിറ്റൻസ് CL-ലെ ചാർജ് rDS-ലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഡിസ്ചാർജ് സമയ സ്ഥിരമായ τ2≈rDSCL-ൽ സംഭവിക്കുന്നു. ഔട്ട്പുട്ട് വോൾട്ടേജ് Uo ഒരു താഴ്ന്ന നിലയിലേക്ക് മാറുന്നതിന് മുമ്പ് ഒരു നിശ്ചിത കാലതാമസം ആവശ്യമാണെന്ന് കാണാൻ കഴിയും. എന്നാൽ ആർഡിഎസ് ആർഡിയെക്കാൾ വളരെ ചെറുതായതിനാൽ, കട്ട്-ഓഫിൽ നിന്ന് ചാലകതയിലേക്കുള്ള പരിവർത്തന സമയം ചാലകത്തിൽ നിന്ന് കട്ട്-ഓഫിലേക്കുള്ള പരിവർത്തന സമയത്തേക്കാൾ ചെറുതാണ്.

MOSFET ഓൺ ചെയ്യുമ്പോൾ അതിൻ്റെ ഡ്രെയിൻ-സോഴ്സ് റെസിസ്റ്റൻസ് rDS ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ സാച്ചുറേഷൻ റെസിസ്റ്റൻസ് rCES-നേക്കാൾ വളരെ വലുതാണ്, കൂടാതെ ബാഹ്യ ഡ്രെയിൻ റെസിസ്റ്റൻസ് RD ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ കളക്ടർ റെസിസ്റ്റൻസ് RC-യെക്കാൾ വലുതാണ്, ചാർജിംഗ്, ഡിസ്ചാർജ് സമയം MOSFET ൻ്റെ നീളം കൂടുതലാണ്, ഇത് MOSFET ഉണ്ടാക്കുന്നു, സ്വിച്ചിംഗ് വേഗത ഒരു ട്രാൻസിസ്റ്ററിനേക്കാൾ കുറവാണ്. എന്നിരുന്നാലും, CMOS സർക്യൂട്ടുകളിൽ, ചാർജിംഗ് സർക്യൂട്ടും ഡിസ്ചാർജിംഗ് സർക്യൂട്ടും ലോ-റെസിസ്റ്റൻസ് സർക്യൂട്ടായതിനാൽ, ചാർജ്ജിംഗ്, ഡിസ്ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയകൾ താരതമ്യേന വേഗതയുള്ളതാണ്, ഇത് CMOS സർക്യൂട്ടിന് ഉയർന്ന സ്വിച്ചിംഗ് വേഗതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു.