MOSFET అసలు ప్రాథమిక జ్ఞానం మరియు అప్లికేషన్

ఎందుకు క్షీణత మోడ్ కోసంMOSFETలుఉపయోగించబడలేదు, దాని దిగువకు వెళ్లడానికి ఇది సిఫార్సు చేయబడదు.

ఈ రెండు మెరుగుదల-మోడ్ MOSFETల కోసం, NMOS సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది. కారణం ఆన్-రెసిస్టెన్స్ చిన్నది మరియు తయారు చేయడం సులభం. అందువల్ల, NMOS సాధారణంగా విద్యుత్ సరఫరా మరియు మోటార్ డ్రైవ్ అప్లికేషన్‌లను మార్చడంలో ఉపయోగించబడుతుంది. కింది పరిచయంలో, NMOS ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతుంది.

MOSFET యొక్క మూడు పిన్‌ల మధ్య పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ ఉంది. ఇది మనకు అవసరమైనది కాదు, కానీ తయారీ ప్రక్రియ పరిమితుల వల్ల ఏర్పడుతుంది. పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ యొక్క ఉనికి డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌ను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు లేదా ఎంచుకున్నప్పుడు మరింత సమస్యాత్మకంగా చేస్తుంది, కానీ దానిని నివారించడానికి మార్గం లేదు. మేము దానిని తరువాత వివరంగా పరిచయం చేస్తాము.

కాలువ మరియు మూలం మధ్య పరాన్నజీవి డయోడ్ ఉంది. దీనిని బాడీ డయోడ్ అంటారు. ప్రేరక లోడ్లు (మోటార్లు వంటివి) డ్రైవింగ్ చేస్తున్నప్పుడు ఈ డయోడ్ చాలా ముఖ్యమైనది. మార్గం ద్వారా, బాడీ డయోడ్ ఒకే MOSFETలో మాత్రమే ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ చిప్‌లో కనుగొనబడదు.

 

2. MOSFET ప్రసరణ లక్షణాలు

నిర్వహించడం అంటే స్విచ్‌గా పనిచేయడం, ఇది స్విచ్ మూసివేయబడటానికి సమానం.

NMOS యొక్క లక్షణం ఏమిటంటే Vgs నిర్దిష్ట విలువ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు అది ఆన్ అవుతుంది. గేట్ వోల్టేజ్ 4V లేదా 10Vకి చేరుకున్నంత వరకు, మూలం గ్రౌన్దేడ్ అయినప్పుడు (తక్కువ-ముగింపు డ్రైవ్) ఉపయోగించడానికి ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది.

PMOS యొక్క లక్షణాలు ఏమిటంటే, Vgs నిర్దిష్ట విలువ కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు అది ఆన్ అవుతుంది, ఇది మూలం VCC (హై-ఎండ్ డ్రైవ్)కి కనెక్ట్ చేయబడిన పరిస్థితులకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. అయితే, అయితేPMOSహై-ఎండ్ డ్రైవర్‌గా సులభంగా ఉపయోగించవచ్చు, పెద్ద ఆన్-రెసిస్టెన్స్, అధిక ధర మరియు కొన్ని రీప్లేస్‌మెంట్ రకాల కారణంగా NMOS సాధారణంగా హై-ఎండ్ డ్రైవర్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది.

 

3. MOS స్విచ్ ట్యూబ్ నష్టం

అది NMOS లేదా PMOS అయినా, ఆన్ చేసిన తర్వాత ఆన్-రెసిస్టెన్స్ ఉంటుంది, కాబట్టి కరెంట్ ఈ రెసిస్టెన్స్‌పై శక్తిని వినియోగిస్తుంది. వినియోగించే శక్తి యొక్క ఈ భాగాన్ని ప్రసరణ నష్టం అంటారు. చిన్న ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌తో MOSFETని ఎంచుకోవడం వలన ప్రసరణ నష్టాలు తగ్గుతాయి. నేటి తక్కువ-పవర్ MOSFET ఆన్-రెసిస్టెన్స్ సాధారణంగా పదుల మిలియన్ల చుట్టూ ఉంటుంది మరియు అనేక మిల్లియోమ్‌లు కూడా ఉన్నాయి.

MOSFET ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయబడినప్పుడు, అది తక్షణమే పూర్తి చేయకూడదు. MOS అంతటా వోల్టేజ్ తగ్గుతున్న ప్రక్రియను కలిగి ఉంటుంది మరియు ప్రవహించే కరెంట్ పెరుగుతున్న ప్రక్రియను కలిగి ఉంటుంది. ఈ కాలంలో, దిMOSFET లునష్టం అనేది వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క ఉత్పత్తి, దీనిని స్విచ్చింగ్ లాస్ అంటారు. సాధారణంగా మార్పిడి నష్టాలు ప్రసరణ నష్టాల కంటే చాలా పెద్దవి, మరియు వేగంగా మారే ఫ్రీక్వెన్సీ, ఎక్కువ నష్టాలు.

ప్రసరణ సమయంలో వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క ఉత్పత్తి చాలా పెద్దది, ఇది గొప్ప నష్టాలను కలిగిస్తుంది. మారే సమయాన్ని తగ్గించడం వలన ప్రతి ప్రసరణ సమయంలో నష్టాన్ని తగ్గించవచ్చు; స్విచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీని తగ్గించడం ద్వారా యూనిట్ సమయానికి స్విచ్‌ల సంఖ్యను తగ్గించవచ్చు. రెండు పద్ధతులు మారే నష్టాలను తగ్గించగలవు.

MOSFET ఆన్ చేసినప్పుడు తరంగ రూపం. ప్రసరణ సమయంలో వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క ఉత్పత్తి చాలా పెద్దదని మరియు దాని వలన కలిగే నష్టం కూడా చాలా పెద్దదని చూడవచ్చు. మారే సమయాన్ని తగ్గించడం వలన ప్రతి ప్రసరణ సమయంలో నష్టాన్ని తగ్గించవచ్చు; స్విచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీని తగ్గించడం ద్వారా యూనిట్ సమయానికి స్విచ్‌ల సంఖ్యను తగ్గించవచ్చు. రెండు పద్ధతులు మారే నష్టాలను తగ్గించగలవు.

 

4. MOSFET డ్రైవర్

బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్‌లతో పోలిస్తే, GS వోల్టేజ్ నిర్దిష్ట విలువ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నంత వరకు, MOSFETని ఆన్ చేయడానికి కరెంట్ అవసరం లేదని సాధారణంగా నమ్ముతారు. దీన్ని చేయడం సులభం, కానీ మనకు వేగం కూడా అవసరం.

GS మరియు GDల మధ్య పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ ఉందని MOSFET నిర్మాణంలో చూడవచ్చు మరియు MOSFET యొక్క డ్రైవింగ్ నిజానికి కెపాసిటర్ యొక్క ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్. కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి కరెంట్ అవసరం, ఎందుకంటే ఛార్జింగ్ సమయంలో కెపాసిటర్‌ను షార్ట్ సర్క్యూట్‌గా పరిగణించవచ్చు, కాబట్టి తక్షణ కరెంట్ సాపేక్షంగా పెద్దదిగా ఉంటుంది. MOSFET డ్రైవర్‌ను ఎంచుకునేటప్పుడు/డిజైన్ చేసేటప్పుడు శ్రద్ధ వహించాల్సిన మొదటి విషయం ఏమిటంటే అది అందించే తక్షణ షార్ట్-సర్క్యూట్ కరెంట్ మొత్తం. ,

గమనించదగ్గ రెండవ విషయం ఏమిటంటే, సాధారణంగా హై-ఎండ్ డ్రైవింగ్ కోసం ఉపయోగించే NMOS, ఆన్ చేసినప్పుడు సోర్స్ వోల్టేజ్ కంటే గేట్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉండాలి. హై-సైడ్ నడిచే MOSFET ఆన్ చేయబడినప్పుడు, సోర్స్ వోల్టేజ్ డ్రెయిన్ వోల్టేజ్ (VCC) వలె ఉంటుంది, కాబట్టి గేట్ వోల్టేజ్ ఈ సమయంలో VCC కంటే 4V లేదా 10V ఎక్కువగా ఉంటుంది. మీరు అదే సిస్టమ్‌లో VCC కంటే పెద్ద వోల్టేజ్‌ని పొందాలనుకుంటే, మీకు ప్రత్యేక బూస్ట్ సర్క్యూట్ అవసరం. చాలా మంది మోటారు డ్రైవర్లు ఇంటిగ్రేటెడ్ ఛార్జ్ పంపులను కలిగి ఉన్నారు. MOSFETని నడపడానికి తగినంత షార్ట్-సర్క్యూట్ కరెంట్‌ని పొందేందుకు తగిన బాహ్య కెపాసిటర్‌ని ఎంచుకోవాలని గమనించాలి.

 

పైన పేర్కొన్న 4V లేదా 10V అనేది సాధారణంగా ఉపయోగించే MOSFETల టర్న్-ఆన్ వోల్టేజ్, మరియు డిజైన్ సమయంలో నిర్దిష్ట మార్జిన్‌ని అనుమతించాలి. మరియు అధిక వోల్టేజ్, వేగంగా ప్రసరణ వేగం మరియు చిన్న ప్రసరణ నిరోధకత. ఇప్పుడు వివిధ రంగాలలో ఉపయోగించే చిన్న కండక్షన్ వోల్టేజ్‌లతో MOSFETలు ఉన్నాయి, అయితే 12V ఆటోమోటివ్ ఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్‌లలో, సాధారణంగా 4V ప్రసరణ సరిపోతుంది.

 

MOSFET డ్రైవర్ సర్క్యూట్ మరియు దాని నష్టాల కోసం, దయచేసి మైక్రోచిప్ యొక్క AN799 MOSFET డ్రైవర్‌లను MOSFETలకు సరిపోల్చండి. ఇది చాలా వివరంగా ఉంది, కాబట్టి నేను ఎక్కువ వ్రాయను.

 

ప్రసరణ సమయంలో వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క ఉత్పత్తి చాలా పెద్దది, ఇది గొప్ప నష్టాలను కలిగిస్తుంది. మారే సమయాన్ని తగ్గించడం వలన ప్రతి ప్రసరణ సమయంలో నష్టాన్ని తగ్గించవచ్చు; స్విచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీని తగ్గించడం ద్వారా యూనిట్ సమయానికి స్విచ్‌ల సంఖ్యను తగ్గించవచ్చు. రెండు పద్ధతులు మారే నష్టాలను తగ్గించగలవు.

MOSFET అనేది ఒక రకమైన FET (మరొకటి JFET). ఇది మెరుగుదల మోడ్ లేదా క్షీణత మోడ్, P-ఛానల్ లేదా N-ఛానల్, మొత్తం 4 రకాలుగా చేయవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఎన్-ఛానల్ MOSFET మాత్రమే మెరుగుదల-మోడ్ మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది. మరియు మెరుగుదల-రకం P-ఛానల్ MOSFET, కాబట్టి NMOS లేదా PMOS సాధారణంగా ఈ రెండు రకాలను సూచిస్తాయి.

 

5. MOSFET అప్లికేషన్ సర్క్యూట్?

MOSFET యొక్క అత్యంత ముఖ్యమైన లక్షణం దాని మంచి స్విచింగ్ లక్షణాలు, కాబట్టి ఇది విద్యుత్ సరఫరాలు మరియు మోటార్ డ్రైవ్‌లను మార్చడం, అలాగే లైటింగ్ డిమ్మింగ్ వంటి ఎలక్ట్రానిక్ స్విచ్‌లు అవసరమయ్యే సర్క్యూట్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

 

నేటి MOSFET డ్రైవర్‌లకు అనేక ప్రత్యేక అవసరాలు ఉన్నాయి:

1. తక్కువ వోల్టేజ్ అప్లికేషన్

5V విద్యుత్ సరఫరాను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, ఈ సమయంలో సాంప్రదాయ టోటెమ్ పోల్ నిర్మాణాన్ని ఉపయోగించినట్లయితే, ట్రాన్సిస్టర్ 0.7V వోల్టేజ్ డ్రాప్‌ను కలిగి ఉన్నందున, గేట్‌కు వర్తించే వాస్తవ తుది వోల్టేజ్ 4.3V మాత్రమే. ఈ సమయంలో, మేము నామమాత్రపు గేట్ శక్తిని ఎంచుకుంటాము

4.5V MOSFETని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు ఒక నిర్దిష్ట ప్రమాదం ఉంది. 3V లేదా ఇతర తక్కువ-వోల్టేజీ విద్యుత్ సరఫరాలను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు కూడా అదే సమస్య ఏర్పడుతుంది.

2. వైడ్ వోల్టేజ్ అప్లికేషన్

ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ స్థిర విలువ కాదు, ఇది సమయం లేదా ఇతర కారకాలతో మారుతుంది. ఈ మార్పు MOSFETకి PWM సర్క్యూట్ అందించిన డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ అస్థిరంగా ఉంటుంది.

అధిక గేట్ వోల్టేజీల క్రింద MOSFETలను సురక్షితంగా చేయడానికి, గేట్ వోల్టేజ్ యొక్క వ్యాప్తిని బలవంతంగా పరిమితం చేయడానికి అనేక MOSFETలు అంతర్నిర్మిత వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఈ సందర్భంలో, అందించిన డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ ట్యూబ్ యొక్క వోల్టేజ్‌ను అధిగమించినప్పుడు, అది పెద్ద స్టాటిక్ పవర్ వినియోగానికి కారణమవుతుంది.

అదే సమయంలో, మీరు గేట్ వోల్టేజ్‌ను తగ్గించడానికి రెసిస్టర్ వోల్టేజ్ విభజన సూత్రాన్ని ఉపయోగిస్తే, ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు MOSFET బాగా పని చేస్తుంది, అయితే ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ తగ్గినప్పుడు, గేట్ వోల్టేజ్ సరిపోదు, దీనివల్ల గేట్ వోల్టేజ్ సరిపోదు. అసంపూర్ణ ప్రసరణ, తద్వారా విద్యుత్ వినియోగం పెరుగుతుంది.

3. ద్వంద్వ వోల్టేజ్ అప్లికేషన్

కొన్ని కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌లలో, లాజిక్ భాగం సాధారణ 5V లేదా 3.3V డిజిటల్ వోల్టేజ్‌ని ఉపయోగిస్తుంది, అయితే పవర్ భాగం 12V లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్‌ని ఉపయోగిస్తుంది. రెండు వోల్టేజీలు ఒక సాధారణ మైదానానికి అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి.

ఇది సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగించాల్సిన అవసరాన్ని పెంచుతుంది, తద్వారా తక్కువ-వోల్టేజ్ వైపు అధిక-వోల్టేజ్ వైపు ఉన్న MOSFETని సమర్థవంతంగా నియంత్రించవచ్చు. అదే సమయంలో, అధిక-వోల్టేజ్ వైపు ఉన్న MOSFET 1 మరియు 2లో పేర్కొన్న సమస్యలను కూడా ఎదుర్కొంటుంది.

ఈ మూడు సందర్భాలలో, టోటెమ్ పోల్ నిర్మాణం అవుట్‌పుట్ అవసరాలను తీర్చలేదు మరియు అనేక ఆఫ్-ది-షెల్ఫ్ MOSFET డ్రైవర్ ICలు గేట్ వోల్టేజ్ పరిమితి నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నట్లు కనిపించడం లేదు.

 

కాబట్టి నేను ఈ మూడు అవసరాలను తీర్చడానికి సాపేక్షంగా సాధారణ సర్క్యూట్‌ను రూపొందించాను.

,

NMOS కోసం డ్రైవర్ సర్క్యూట్

ఇక్కడ నేను NMOS డ్రైవర్ సర్క్యూట్ యొక్క సాధారణ విశ్లేషణ మాత్రమే చేస్తాను:

Vl మరియు Vh వరుసగా తక్కువ-ముగింపు మరియు అధిక-ముగింపు విద్యుత్ సరఫరాలు. రెండు వోల్టేజీలు ఒకేలా ఉండవచ్చు, కానీ Vl Vhని మించకూడదు.

Q1 మరియు Q2 రెండు డ్రైవర్ ట్యూబ్‌లు Q3 మరియు Q4 ఒకే సమయంలో ఆన్ చేయబడకుండా చూసుకుంటూ ఐసోలేషన్‌ను సాధించడానికి విలోమ టోటెమ్ పోల్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.

R2 మరియు R3 PWM వోల్టేజ్ సూచనను అందిస్తాయి. ఈ సూచనను మార్చడం ద్వారా, PWM సిగ్నల్ వేవ్‌ఫార్మ్ సాపేక్షంగా నిటారుగా ఉన్న స్థితిలో సర్క్యూట్‌ను ఆపరేట్ చేయవచ్చు.

డ్రైవ్ కరెంట్ అందించడానికి Q3 మరియు Q4 ఉపయోగించబడతాయి. ఆన్ చేసినప్పుడు, Q3 మరియు Q4 Vh మరియు GNDకి సంబంధించి Vce యొక్క కనిష్ట వోల్టేజ్ డ్రాప్‌ను మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి. ఈ వోల్టేజ్ తగ్గుదల సాధారణంగా 0.3V మాత్రమే ఉంటుంది, ఇది 0.7V Vce కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.

R5 మరియు R6 ఫీడ్‌బ్యాక్ రెసిస్టర్‌లు, గేట్ వోల్టేజీని నమూనా చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. నమూనా వోల్టేజ్ Q5 ద్వారా Q1 మరియు Q2 యొక్క బేస్‌లకు బలమైన ప్రతికూల అభిప్రాయాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, తద్వారా గేట్ వోల్టేజ్‌ను పరిమిత విలువకు పరిమితం చేస్తుంది. ఈ విలువను R5 మరియు R6 ద్వారా సర్దుబాటు చేయవచ్చు.

చివరగా, R1 Q3 మరియు Q4 కోసం బేస్ కరెంట్ పరిమితిని అందిస్తుంది మరియు R4 MOSFET కోసం గేట్ కరెంట్ పరిమితిని అందిస్తుంది, ఇది Q3 మరియు Q4 యొక్క మంచు యొక్క పరిమితి. అవసరమైతే, ఒక త్వరణం కెపాసిటర్ R4కి సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడుతుంది.

ఈ సర్క్యూట్ క్రింది లక్షణాలను అందిస్తుంది:

1. హై-సైడ్ MOSFETని నడపడానికి లో-సైడ్ వోల్టేజ్ మరియు PWMని ఉపయోగించండి.

2. అధిక గేట్ వోల్టేజ్ అవసరాలతో MOSFETని నడపడానికి చిన్న యాంప్లిట్యూడ్ PWM సిగ్నల్ ఉపయోగించండి.

3. గేట్ వోల్టేజ్ యొక్క గరిష్ట పరిమితి

4. ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ ప్రస్తుత పరిమితులు

5. తగిన రెసిస్టర్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా, చాలా తక్కువ విద్యుత్ వినియోగాన్ని సాధించవచ్చు.

6. PWM సిగ్నల్ విలోమం చేయబడింది. NMOSకి ఈ ఫీచర్ అవసరం లేదు మరియు ముందు ఇన్వర్టర్‌ని ఉంచడం ద్వారా పరిష్కరించవచ్చు.

పోర్టబుల్ పరికరాలు మరియు వైర్‌లెస్ ఉత్పత్తులను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు, ఉత్పత్తి పనితీరును మెరుగుపరచడం మరియు బ్యాటరీ జీవితాన్ని పొడిగించడం డిజైనర్లు ఎదుర్కోవాల్సిన రెండు సమస్యలు. DC-DC కన్వర్టర్‌లు అధిక సామర్థ్యం, ​​పెద్ద అవుట్‌పుట్ కరెంట్ మరియు తక్కువ క్వైసెంట్ కరెంట్ యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి పోర్టబుల్ పరికరాలకు శక్తినివ్వడానికి చాలా అనుకూలంగా ఉంటాయి. ప్రస్తుతం, DC-DC కన్వర్టర్ డిజైన్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధిలో ప్రధాన పోకడలు: (1) హై-ఫ్రీక్వెన్సీ టెక్నాలజీ: స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ పెరిగేకొద్దీ, మారే కన్వర్టర్ పరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది, పవర్ డెన్సిటీ కూడా బాగా పెరిగింది, మరియు డైనమిక్ ప్రతిస్పందన మెరుగుపడుతుంది. . తక్కువ-శక్తి DC-DC కన్వర్టర్ల స్విచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ మెగాహెర్ట్జ్ స్థాయికి పెరుగుతుంది. (2) తక్కువ అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ సాంకేతికత: సెమీకండక్టర్ తయారీ సాంకేతికత యొక్క నిరంతర అభివృద్ధితో, మైక్రోప్రాసెసర్‌లు మరియు పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల యొక్క ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ తక్కువ మరియు తగ్గుతోంది, దీనికి మైక్రోప్రాసెసర్‌లకు అనుగుణంగా తక్కువ అవుట్‌పుట్ వోల్టేజీని అందించడానికి భవిష్యత్తులో DC-DC కన్వర్టర్‌లు అవసరం. ప్రాసెసర్లు మరియు పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కోసం అవసరాలు.

ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానాల అభివృద్ధి పవర్ చిప్ సర్క్యూట్ల రూపకల్పనకు అధిక అవసరాలను ముందుకు తెచ్చింది. అన్నింటిలో మొదటిది, స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ పెరగడం కొనసాగుతుంది, స్విచ్చింగ్ ఎలిమెంట్స్ పనితీరుపై అధిక అవసరాలు ఉంచబడతాయి. అదే సమయంలో, స్విచింగ్ ఎలిమెంట్స్ సాధారణంగా MHz వరకు మారే పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేస్తాయని నిర్ధారించడానికి సంబంధిత స్విచింగ్ ఎలిమెంట్ డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌లను అందించాలి. రెండవది, బ్యాటరీతో నడిచే పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కోసం, సర్క్యూట్ యొక్క పని వోల్టేజ్ తక్కువగా ఉంటుంది (లిథియం బ్యాటరీలను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, పని వోల్టేజ్ 2.5 ~ 3.6V), కాబట్టి, పవర్ చిప్ యొక్క పని వోల్టేజ్ తక్కువగా ఉంటుంది.

 

MOSFET చాలా తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ కలిగి ఉంది మరియు తక్కువ శక్తిని వినియోగిస్తుంది. ప్రస్తుతం జనాదరణ పొందిన అధిక-సామర్థ్య DC-DC చిప్‌లలో MOSFET తరచుగా పవర్ స్విచ్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, MOSFET యొక్క పెద్ద పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ కారణంగా, NMOS స్విచ్చింగ్ ట్యూబ్‌ల గేట్ కెపాసిటెన్స్ సాధారణంగా పదుల పికోఫారడ్‌ల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇది అధిక ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ DC-DC కన్వర్టర్ స్విచింగ్ ట్యూబ్ డ్రైవ్ సర్క్యూట్ రూపకల్పన కోసం అధిక అవసరాలను ముందుకు తెస్తుంది.

తక్కువ-వోల్టేజ్ ULSI డిజైన్‌లలో, బూట్‌స్ట్రాప్ బూస్ట్ స్ట్రక్చర్‌లు మరియు డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌లను పెద్ద కెపాసిటివ్ లోడ్‌లుగా ఉపయోగించి వివిధ రకాల CMOS మరియు BiCMOS లాజిక్ సర్క్యూట్‌లు ఉన్నాయి. ఈ సర్క్యూట్‌లు సాధారణంగా 1V కంటే తక్కువ విద్యుత్ సరఫరా వోల్టేజ్‌తో పనిచేయగలవు మరియు 1 నుండి 2pF లోడ్ కెపాసిటెన్స్‌తో పదుల మెగాహెర్ట్జ్ లేదా వందల మెగాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీలో కూడా పనిచేయగలవు. ఈ కథనం తక్కువ వోల్టేజ్, అధిక స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బూస్ట్ DC-DC కన్వర్టర్‌లకు సరిపోయే పెద్ద లోడ్ కెపాసిటెన్స్ డ్రైవ్ సామర్థ్యంతో డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌ను రూపొందించడానికి బూట్‌స్ట్రాప్ బూస్ట్ సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. సర్క్యూట్ Samsung AHP615 BiCMOS ప్రక్రియ ఆధారంగా రూపొందించబడింది మరియు Hspice అనుకరణ ద్వారా ధృవీకరించబడింది. సరఫరా వోల్టేజ్ 1.5V మరియు లోడ్ కెపాసిటెన్స్ 60pF అయినప్పుడు, ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 5MHz కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.

,

MOSFET మారే లక్షణాలు

,

1. స్టాటిక్ లక్షణాలు

స్విచింగ్ ఎలిమెంట్‌గా, MOSFET కూడా రెండు రాష్ట్రాల్లో పని చేస్తుంది: ఆఫ్ లేదా ఆన్. MOSFET వోల్టేజ్-నియంత్రిత భాగం కాబట్టి, దాని పని స్థితి ప్రధానంగా గేట్-సోర్స్ వోల్టేజ్ uGS ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

 

పని లక్షణాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:

※ uGS＜టర్న్-ఆన్ వోల్టేజ్ UT: MOSFET కట్-ఆఫ్ ప్రాంతంలో పనిచేస్తుంది, డ్రెయిన్-సోర్స్ కరెంట్ iDS ప్రాథమికంగా 0, అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ uDS≈UDD మరియు MOSFET "ఆఫ్" స్థితిలో ఉంటుంది.

※ uGS>టర్న్-ఆన్ వోల్టేజ్ UT: MOSFET కండక్షన్ రీజియన్‌లో పనిచేస్తుంది, డ్రెయిన్-సోర్స్ కరెంట్ iDS=UDD/(RD+rDS). వాటిలో, MOSFET ఆన్ చేయబడినప్పుడు rDS అనేది కాలువ-మూల నిరోధకత. అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), rDS＜＜RD, uDS≈0V అయితే, MOSFET "ఆన్" స్థితిలో ఉంటుంది.

2. డైనమిక్ లక్షణాలు

MOSFET కూడా ఆన్ మరియు ఆఫ్ స్టేట్‌ల మధ్య మారేటప్పుడు పరివర్తన ప్రక్రియను కలిగి ఉంటుంది, అయితే దాని డైనమిక్ లక్షణాలు ప్రధానంగా సర్క్యూట్‌కు సంబంధించిన స్ట్రే కెపాసిటెన్స్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి మరియు విడుదల చేయడానికి అవసరమైన సమయం మరియు ట్యూబ్ ఆన్ మరియు ఆఫ్‌లో ఉన్నప్పుడు ఛార్జ్ చేరడం మరియు ఉత్సర్గపై ఆధారపడి ఉంటాయి. వెదజల్లే సమయం చాలా చిన్నది.

ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ ui ఎక్కువ నుండి తక్కువకు మారినప్పుడు మరియు MOSFET ఆన్ స్టేట్ నుండి ఆఫ్ స్టేట్‌కి మారినప్పుడు, విద్యుత్ సరఫరా UDD RD ద్వారా స్ట్రే కెపాసిటెన్స్ CLని ఛార్జ్ చేస్తుంది మరియు ఛార్జింగ్ సమయ స్థిరాంకం τ1=RDCL. అందువల్ల, అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ uo తక్కువ స్థాయి నుండి అధిక స్థాయికి మారడానికి ముందు కొంత ఆలస్యం చేయాలి; ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ ui తక్కువ నుండి అధిక స్థాయికి మారినప్పుడు మరియు MOSFET ఆఫ్ స్టేట్ నుండి ఆన్ స్టేట్‌కి మారినప్పుడు, స్ట్రే కెపాసిటెన్స్ CLపై ఛార్జ్ rDS ద్వారా వెళుతుంది డిశ్చార్జ్ డిశ్చార్జ్ సమయ స్థిరాంకం τ2≈rDSCLతో సంభవిస్తుంది. అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ Uo కూడా తక్కువ స్థాయికి మారడానికి కొంత ఆలస్యం అవసరమని చూడవచ్చు. కానీ RD కంటే rDS చాలా చిన్నది కాబట్టి, కట్-ఆఫ్ నుండి కండక్షన్‌కి మార్చే సమయం కండక్షన్ నుండి కట్-ఆఫ్‌కు మార్చే సమయం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

MOSFET ఆన్ చేసినప్పుడు డ్రెయిన్-సోర్స్ రెసిస్టెన్స్ rDS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క సంతృప్త నిరోధకత rCES కంటే చాలా పెద్దది మరియు బాహ్య కాలువ నిరోధకత RD కూడా ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క కలెక్టర్ రెసిస్టెన్స్ RC కంటే పెద్దది కాబట్టి, ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయం MOSFET పొడవుగా ఉంటుంది, MOSFETని తయారు చేస్తుంది, మారే వేగం ట్రాన్సిస్టర్ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, CMOS సర్క్యూట్‌లలో, ఛార్జింగ్ సర్క్యూట్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సర్క్యూట్ రెండూ తక్కువ-రెసిస్టెన్స్ సర్క్యూట్‌లు కాబట్టి, ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ ప్రక్రియలు సాపేక్షంగా వేగంగా ఉంటాయి, ఫలితంగా CMOS సర్క్యూట్‌కు అధిక స్విచ్చింగ్ వేగం ఉంటుంది.