बड़े पैकेज MOSFET ड्राइवर सर्किट

सबसे पहले, MOSFET प्रकार और संरचना,MOSFETएक FET है (दूसरा JFET है), इसे संवर्धित या कमी प्रकार, P-चैनल या N-चैनल कुल चार प्रकारों में निर्मित किया जा सकता है, लेकिन केवल संवर्धित N-चैनल MOSFETs और संवर्धित P-चैनल MOSFETs का वास्तविक अनुप्रयोग, इसलिए आमतौर पर एनएमओएस या पीएमओएस के रूप में संदर्भित इन दो प्रकारों को संदर्भित करता है। इन दो प्रकार के उन्नत MOSFETs के लिए, NMOS का अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है, इसका कारण यह है कि ऑन-प्रतिरोध छोटा है, और निर्माण करना आसान है। इसलिए, एनएमओएस का उपयोग आम तौर पर बिजली आपूर्ति और मोटर ड्राइव अनुप्रयोगों को स्विच करने में किया जाता है।

निम्नलिखित परिचय में, अधिकांश मामले एनएमओएस पर हावी हैं। MOSFET के तीन पिनों के बीच परजीवी समाई मौजूद होती है, एक ऐसी सुविधा जिसकी आवश्यकता नहीं है लेकिन विनिर्माण प्रक्रिया सीमाओं के कारण उत्पन्न होती है। परजीवी समाई की उपस्थिति से ड्राइवर सर्किट को डिज़ाइन करना या चयन करना थोड़ा मुश्किल हो जाता है। नाली और स्रोत के बीच एक परजीवी डायोड है। इसे बॉडी डायोड कहा जाता है और मोटर जैसे आगमनात्मक भार को चलाने में यह महत्वपूर्ण है। वैसे, बॉडी डायोड केवल व्यक्तिगत MOSFETs में मौजूद होता है और आमतौर पर IC चिप के अंदर मौजूद नहीं होता है।

 

MOSFETस्विचिंग ट्यूब हानि, चाहे वह एनएमओएस या पीएमओएस हो, चालन के बाद ऑन-प्रतिरोध मौजूद है, ताकि वर्तमान इस प्रतिरोध में ऊर्जा की खपत करेगा, खपत ऊर्जा के इस हिस्से को चालन हानि कहा जाता है। कम ऑन-प्रतिरोध वाले MOSFETs के चयन से ऑन-प्रतिरोध हानि कम हो जाएगी। आजकल, कम-शक्ति MOSFETs का ऑन-प्रतिरोध आम तौर पर दसियों मिलिओहम के आसपास होता है, और कुछ मिलिओहम भी उपलब्ध हैं। MOSFETs को चालू और बंद होने पर एक पल में पूरा नहीं किया जाना चाहिए। वोल्टेज को कम करने की एक प्रक्रिया है MOSFET के दोनों सिरे, और इसके माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा को बढ़ाने की एक प्रक्रिया होती है। इस अवधि के दौरान, MOSFETs का नुकसान वोल्टेज और करंट का उत्पाद होता है, जिसे स्विचिंग लॉस कहा जाता है। आमतौर पर स्विचिंग हानि चालन हानि से बहुत बड़ी होती है, और स्विचिंग आवृत्ति जितनी तेज़ होगी, हानि उतनी ही अधिक होगी। चालन के क्षण में वोल्टेज और धारा का उत्पाद बहुत बड़ा होता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी हानि होती है। स्विचिंग समय को छोटा करने से प्रत्येक चालन पर हानि कम हो जाती है; स्विचिंग आवृत्ति कम करने से प्रति यूनिट समय स्विचों की संख्या कम हो जाती है। ये दोनों दृष्टिकोण स्विचिंग घाटे को कम करते हैं।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में, आमतौर पर यह माना जाता है कि इसे बनाने के लिए किसी विद्युत धारा की आवश्यकता नहीं होती हैMOSFETआचरण, जब तक जीएस वोल्टेज एक निश्चित मूल्य से ऊपर है। ऐसा करना आसान है, हालाँकि, हमें गति की भी आवश्यकता है। जैसा कि आप MOSFET की संरचना में देख सकते हैं, GS, GD के बीच एक परजीवी कैपेसिटेंस है, और MOSFET की ड्राइविंग, वास्तव में, कैपेसिटेंस की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग है। कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए करंट की आवश्यकता होती है, क्योंकि कैपेसिटर को तुरंत चार्ज करने पर शॉर्ट सर्किट के रूप में देखा जा सकता है, इसलिए तात्कालिक करंट अधिक होगा। MOSFET ड्राइवर का चयन/डिज़ाइन करते समय ध्यान देने वाली पहली बात तात्कालिक शॉर्ट-सर्किट करंट का आकार है जो प्रदान किया जा सकता है।

ध्यान देने योग्य दूसरी बात यह है कि, आमतौर पर हाई-एंड ड्राइव एनएमओएस में उपयोग किया जाता है, ऑन-टाइम गेट वोल्टेज को स्रोत वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। हाई-एंड ड्राइव MOSFET स्रोत वोल्टेज और ड्रेन वोल्टेज (VCC) पर समान है, इसलिए गेट वोल्टेज VCC 4V या 10V से अधिक है। यदि उसी प्रणाली में, वीसीसी से बड़ा वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, हमें बूस्ट सर्किट में विशेषज्ञता की आवश्यकता है। कई मोटर चालकों के पास एकीकृत चार्ज पंप हैं, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि आपको MOSFET को चलाने के लिए पर्याप्त शॉर्ट-सर्किट करंट प्राप्त करने के लिए उचित बाहरी कैपेसिटेंस का चयन करना चाहिए। 4V या 10V वोल्टेज पर आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला MOSFET है, निश्चित रूप से डिज़ाइन के लिए, आपके पास एक निश्चित मार्जिन होना चाहिए। वोल्टेज जितना अधिक होगा, ऑन-स्टेट गति उतनी ही तेज़ होगी और ऑन-स्टेट प्रतिरोध उतना ही कम होगा। अब विभिन्न क्षेत्रों में छोटे ऑन-स्टेट वोल्टेज MOSFETs का भी उपयोग किया जाता है, लेकिन 12V ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टम में, आम तौर पर 4V ऑन-स्टेट पर्याप्त होता है। MOSFETs की सबसे उल्लेखनीय विशेषता अच्छे की स्विचिंग विशेषताएँ हैं, इसलिए इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग सर्किट की आवश्यकता, जैसे बिजली की आपूर्ति और मोटर ड्राइव को स्विच करना, लेकिन प्रकाश व्यवस्था को कम करना भी। संचालन का अर्थ है एक स्विच के रूप में कार्य करना, जो एक स्विच बंद करने के बराबर है। एनएमओएस विशेषताएँ, एक निश्चित मूल्य से अधिक वीजीएस संचालन करेगा, उस स्थिति में उपयोग के लिए उपयुक्त जब स्रोत ग्राउंडेड (लो-एंड ड्राइव) हो, जब तक कि गेट 4V या 10V.PMOS विशेषताओं का वोल्टेज, एक निश्चित मान से कम Vgs संचालित होगा, उस स्थिति में उपयोग के लिए उपयुक्त जब स्रोत VCC (हाई-एंड ड्राइव) से जुड़ा हो। हालाँकि, हालाँकि PMOS को आसानी से एक उच्च अंत ड्राइवर के रूप में उपयोग किया जा सकता है, NMOS का उपयोग आमतौर पर बड़े प्रतिरोध, उच्च कीमत और कुछ प्रतिस्थापन प्रकारों के कारण उच्च अंत ड्राइवरों में किया जाता है।

अब MOSFET कम-वोल्टेज अनुप्रयोगों को चलाता है, जब 5V बिजली की आपूर्ति का उपयोग होता है, इस बार यदि आप पारंपरिक टोटेम पोल संरचना का उपयोग करते हैं, तो ट्रांजिस्टर के कारण लगभग 0.7V वोल्टेज ड्रॉप होता है, जिसके परिणामस्वरूप वास्तविक अंतिम गेट पर जोड़ा जाता है वोल्टेज केवल 4.3 V है। इस समय, हम कुछ जोखिमों के अस्तित्व पर MOSFET के 4.5V के नाममात्र गेट वोल्टेज को चुनते हैं। यही समस्या 3V या अन्य कम-वोल्टेज बिजली आपूर्ति अवसरों के उपयोग में भी होती है। दोहरे वोल्टेज का उपयोग कुछ नियंत्रण सर्किटों में किया जाता है जहां तर्क अनुभाग एक विशिष्ट 5V या 3.3V डिजिटल वोल्टेज का उपयोग करता है और पावर अनुभाग 12V या उससे भी अधिक का उपयोग करता है। दो वोल्टेज एक सामान्य जमीन का उपयोग करके जुड़े हुए हैं। यह एक सर्किट का उपयोग करने की आवश्यकता रखता है जो कम वोल्टेज पक्ष को उच्च वोल्टेज पक्ष पर MOSFET को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने की अनुमति देता है, जबकि उच्च वोल्टेज पक्ष पर MOSFET को 1 और 2 में उल्लिखित समान समस्याओं का सामना करना पड़ेगा। तीनों मामलों में, टोटेम पोल संरचना आउटपुट आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है, और कई ऑफ-द-शेल्फ MOSFET ड्राइवर IC में गेट वोल्टेज सीमित संरचना शामिल नहीं होती है। इनपुट वोल्टेज कोई निश्चित मान नहीं है, यह समय या अन्य कारकों के साथ बदलता रहता है। इस भिन्नता के कारण PWM सर्किट द्वारा MOSFET को प्रदान किया गया ड्राइव वोल्टेज अस्थिर हो जाता है। MOSFET को उच्च गेट वोल्टेज से सुरक्षित बनाने के लिए, कई MOSFETs में गेट वोल्टेज के आयाम को जबरदस्ती सीमित करने के लिए अंतर्निहित वोल्टेज नियामक होते हैं।

 

इस मामले में, जब प्रदान किया गया ड्राइव वोल्टेज नियामक के वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो यह एक बड़ी स्थैतिक बिजली खपत का कारण बनेगा। साथ ही, यदि आप गेट वोल्टेज को कम करने के लिए प्रतिरोधी वोल्टेज विभक्त के सिद्धांत का उपयोग करते हैं, तो अपेक्षाकृत अधिक होगा उच्च इनपुट वोल्टेज, MOSFET अच्छी तरह से काम करता है, जबकि गेट वोल्टेज अपर्याप्त होने पर इनपुट वोल्टेज कम हो जाता है, जिससे अपर्याप्त पूर्ण संचालन होता है, जिससे बिजली की खपत बढ़ जाती है।

यहां अपेक्षाकृत सामान्य सर्किट केवल एनएमओएस ड्राइवर सर्किट के लिए एक सरल विश्लेषण करने के लिए है: वीएल और वीएच क्रमशः निम्न-अंत और उच्च-अंत बिजली आपूर्ति हैं, दोनों वोल्टेज समान हो सकते हैं, लेकिन वीएल वीएच से अधिक नहीं होना चाहिए। Q1 और Q2 एक उल्टे टोटेम पोल का निर्माण करते हैं, जिसका उपयोग अलगाव प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और साथ ही यह सुनिश्चित करने के लिए भी किया जाता है कि दो ड्राइवर ट्यूब Q3 और Q4 एक ही समय में चालू नहीं होंगे। आर2 और आर3 पीडब्लूएम वोल्टेज संदर्भ प्रदान करते हैं, और इस संदर्भ को बदलकर, आप सर्किट को अच्छी तरह से काम कर सकते हैं, और गेट वोल्टेज पूरी तरह से संचालन के लिए पर्याप्त नहीं है, जिससे बिजली की खपत बढ़ जाती है। आर2 और आर3 पीडब्लूएम वोल्टेज संदर्भ प्रदान करते हैं, इस संदर्भ को बदलकर, आप सर्किट को पीडब्लूएम सिग्नल तरंग में अपेक्षाकृत खड़ी और सीधी स्थिति में काम करने दे सकते हैं। Q3 और Q4 का उपयोग ड्राइव करंट प्रदान करने के लिए किया जाता है, ऑन-टाइम के कारण, Vh और GND के सापेक्ष Q3 और Q4 केवल न्यूनतम Vce वोल्टेज ड्रॉप होते हैं, यह वोल्टेज ड्रॉप आमतौर पर केवल 0.3V या उससे भी कम होता है, बहुत कम 0.7V से अधिक Vce R5 और R6 गेट वोल्टेज सैंपलिंग के लिए फीडबैक रेसिस्टर्स हैं, वोल्टेज सैंपलिंग के बाद, गेट के वोल्टेज को गेट वोल्टेज के फीडबैक रेसिस्टर के रूप में उपयोग किया जाता है, और सैंपल के वोल्टेज का उपयोग गेट वोल्टेज के लिए किया जाता है। R5 और R6 फीडबैक रेसिस्टर्स हैं जिनका उपयोग गेट वोल्टेज का नमूना लेने के लिए किया जाता है, जिसे Q1 और Q2 के आधार पर एक मजबूत नकारात्मक प्रतिक्रिया बनाने के लिए Q5 के माध्यम से पारित किया जाता है, इस प्रकार गेट वोल्टेज को एक सीमित मूल्य तक सीमित कर दिया जाता है। इस मान को R5 और R6 द्वारा समायोजित किया जा सकता है। अंत में, R1 Q3 और Q4 को बेस करंट की सीमा प्रदान करता है, और R4 MOSFETs को गेट करंट की सीमा प्रदान करता है, जो Q3Q4 की बर्फ की सीमा है। यदि आवश्यक हो तो एक त्वरण संधारित्र को R4 के ऊपर समानांतर में जोड़ा जा सकता है।                                         

पोर्टेबल उपकरणों और वायरलेस उत्पादों को डिजाइन करते समय, उत्पाद के प्रदर्शन में सुधार और बैटरी परिचालन समय को बढ़ाना दो मुद्दे हैं जिनका डिजाइनरों को सामना करना पड़ता है। डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में उच्च दक्षता, उच्च आउटपुट वर्तमान और कम मौन वर्तमान के फायदे हैं, जो पोर्टेबल को बिजली देने के लिए बहुत उपयुक्त हैं। उपकरण.

डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में उच्च दक्षता, उच्च आउटपुट करंट और कम शांत करंट के फायदे हैं, जो पोर्टेबल उपकरणों को बिजली देने के लिए बहुत उपयुक्त हैं। वर्तमान में, डीसी-डीसी कनवर्टर डिजाइन प्रौद्योगिकी के विकास में मुख्य रुझानों में शामिल हैं: उच्च आवृत्ति प्रौद्योगिकी: स्विचिंग आवृत्ति में वृद्धि के साथ, स्विचिंग कनवर्टर का आकार भी कम हो गया है, बिजली घनत्व में काफी वृद्धि हुई है, और गतिशील प्रतिक्रिया में सुधार किया गया है. छोटा

पावर डीसी-डीसी कनवर्टर स्विचिंग आवृत्ति मेगाहर्ट्ज़ स्तर तक बढ़ जाएगी। कम आउटपुट वोल्टेज तकनीक: सेमीकंडक्टर विनिर्माण प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, माइक्रोप्रोसेसर और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण ऑपरेटिंग वोल्टेज कम और कम हो रहा है, जिसके लिए भविष्य में डीसी-डीसी कनवर्टर की आवश्यकता होती है जो माइक्रोप्रोसेसर और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को अनुकूलित करने के लिए कम आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सकता है, जो भविष्य में आवश्यक डीसी-डीसी कनवर्टर माइक्रोप्रोसेसर के अनुकूल होने के लिए कम आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सकता है।

माइक्रोप्रोसेसरों और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अनुकूल कम आउटपुट वोल्टेज प्रदान करने के लिए पर्याप्त है। इन तकनीकी विकासों ने बिजली आपूर्ति चिप सर्किट के डिजाइन के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखा है। सबसे पहले, बढ़ती स्विचिंग आवृत्ति के साथ, स्विचिंग घटकों के प्रदर्शन को आगे रखा जाता है

स्विचिंग तत्व के प्रदर्शन के लिए उच्च आवश्यकताएं, और यह सुनिश्चित करने के लिए संबंधित स्विचिंग तत्व ड्राइव सर्किट होना चाहिए कि स्विचिंग तत्व सामान्य ऑपरेशन के मेगाहर्ट्ज़ स्तर तक स्विचिंग आवृत्ति में हो। दूसरे, बैटरी से चलने वाले पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए, सर्किट का ऑपरेटिंग वोल्टेज कम होता है (उदाहरण के लिए, लिथियम बैटरी के मामले में)।

लिथियम बैटरी, उदाहरण के लिए, 2.5 ~ 3.6V का ऑपरेटिंग वोल्टेज), इसलिए कम वोल्टेज के लिए बिजली आपूर्ति चिप।

MOSFET में बहुत कम प्रतिरोध, कम ऊर्जा खपत है, वर्तमान लोकप्रिय उच्च दक्षता वाले DC-DC चिप में पावर स्विच के रूप में अधिक MOSFET है। हालाँकि, MOSFETs की बड़ी परजीवी क्षमता के कारण। यह उच्च ऑपरेटिंग आवृत्ति डीसी-डीसी कनवर्टर्स को डिजाइन करने के लिए स्विचिंग ट्यूब ड्राइवर सर्किट के डिजाइन पर उच्च आवश्यकताएं डालता है। कम वोल्टेज ULSI डिज़ाइन में बड़े कैपेसिटिव लोड के रूप में बूटस्ट्रैप बूस्ट संरचना और ड्राइवर सर्किट का उपयोग करने वाले विभिन्न CMOS, BiCMOS लॉजिक सर्किट हैं। ये सर्किट 1V से कम वोल्टेज आपूर्ति की परिस्थितियों में ठीक से काम करने में सक्षम हैं, और लोड कैपेसिटेंस 1 ~ 2pF आवृत्ति की शर्तों के तहत काम कर सकते हैं जो दसियों मेगाबिट्स या यहां तक ​​कि सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ तक पहुंच सकते हैं। इस पेपर में, बूटस्ट्रैप बूस्ट सर्किट का उपयोग बड़े लोड कैपेसिटेंस ड्राइव क्षमता को डिजाइन करने के लिए किया जाता है, जो कम वोल्टेज, उच्च स्विचिंग आवृत्ति बूस्ट डीसी-डीसी कनवर्टर ड्राइव सर्किट के लिए उपयुक्त है। हाई-एंड MOSFETs को चलाने के लिए लो-एंड वोल्टेज और PWM। MOSFETs की उच्च गेट वोल्टेज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए छोटे आयाम वाले PWM सिग्नल।