O MOSFET como um interruptor Vimos anteriormente, que a N-canal, de modo Aperfeiçoamento MOSFET opera com uma tensão de entrada positiva e tem uma resistência extremamente elevada de entrada (quase infinita) tornando possível para fazer a interface com quase qualquer porta lógica ou condutor capaz de produzir uma saída positiva. Além disso, devido a esta muito alto de entrada ( Portão resistência) podemos paralelo juntos muitas MOSFETs diferentes até atingir o limite de corrente do necessár necessário. io.
Durante a conexão em conjunto vários MOSFETs em paralelo pode nos permitir trocar altas correntes ou cargas de alta tensão, isso torna-se caro e pouco prático em ambos os componentes e placas de circuito espaço. Para superar este problema de alimentação de Efeito de Campo Transistores ou FET de potência foram desenvolvidos. Sabemos agora que existem duas diferenças principais entre os transistores de efeito de campo, de modo a depleção apenas para JFET de ambos e aprimoramento de modo e modo de depleção para MOSFETs. Neste tutorial, vamos olhar para usando o MOSFET de modo Enhancement como um interruptor como esses transistores exigem uma tensão de porta positiva para ligar "ON" e uma tensão zero a virar "OFF" tornando-os facilmente entendida como interruptores e também fácil de interagir com portas lógicas. A operação do MOSFET de modo de melhoramen melhoramento to pode ser melhor descrito utilizando as curvas características IV mostrados abaixo. Quando a tensão de entrada, ( V IN ) para a porta do transistor é zero, o MOSFET realiza praticamente nenhuma corrente e a tensão de saída ( V OUT ) é igual à tensão de alimentação V DD . Assim, o MOSFET é "totalmente OFF" e em sua região de "cut-off".
Curvas Características MOSFET
O mínimo de ligação de estado de tensão portão necessário para garantir que o MOSFET permanece totalmente NO durante o transporte da corrente de dreno seleccionado pode ser determinada a partir das curvas de transferência de VI acima. Quando V IN é alta ou igual a V DD , o Q-MOSFET ponto move-se para o ponto A ao longo da linha de carga. A corrente de dreno I D aumenta para o seu valor máximo, devido a uma redução na resistência do canal. eu D torna-se um valor constante independente de V DD , e depende apenas V GS . Portanto, o transistor se comporta como uma chave fechada, mas o canal ON-resistência não reduz completamente a zero, devido ao seu R DS (a) valor, mas fica muito pequeno. Da mesma forma, quando V IN está baixo ou reduzido a zero, o MOSFET movimentos Q de ponto do ponto A ao ponto B ao longo da linha de carga. A resistência ao escoamento é muito alto, então o transistor funciona como um circuito aberto e não passa corrente através do canal. Então, se a tensão da porta do MOSFET alterna entre dois valores, alto e baixo o MOSFET irá se comportar como um "single-pólo único-throw" (SPST) detector de estado sólido e esta ação é definida como:
1. Cut-off Região Aqui as condições de operação do transistor são zero tensão da porta de entrada ( V IN ), zero corrente de dreno I D e tensão de saída V DS = V DD . Portanto, o MOSFET é ligado "Fully-OFF".
Cut-off Características
• A entrada e Portão são
aterrados (0v) • tensão porta-fonte a menos de tensão de limiar V GS
(região de corte) • não Esgoto fluxos de corrente
( I d = 0 ) • V OUT = V DS = V DD = "1" • MOSFET opera como um
"interruptor aberto"
Então, podemos definir a "região de corte" ou "modo OFF" quando utilizar um MOSFET como um interruptor como sendo, tensão de porta, V GS
2. Saturação Região Na região de saturação ou linear, o transistor vai ser pressionado de modo que o valor máximo da tensão de porta é aplicada ao dispositivo, que resulta no canal de resistência R DS (em ser tão pequeno quanto possível, com a corrente máxima de drenagem que flui através do interruptor MOSFET. Portanto, o MOSFET é ligado "Fully-ON".
Características de saturação • A entrada ea porta estão
ligados a V DD • tensão porta-fonte é muito
maior do que o limiar de tensão V GS > V TH • MOSFET é "totalmente ON" (região de saturação) • Max Escorra fluxos de corrente
( I D = V DD / R L ) • V DS = 0V (saturação ideal) • resistência canal Min R DS (on)
<0.1Ω
• V OUT = V DS = 0,2 V (R DS .
Eu D ) • MOSFET opera como uma
"chave fechada"
Então, podemos definir a "região de saturação" ou "modo LIGADO" quando se usa um MOSFET como um interruptor que a tensão porta-fonte, V GS > V TH e eu D = Máximo . Para um canal P MOSFET Aperfeiçoamento, o potencial de porta deve ser mais negativo em relação à fonte. Através da aplicação de uma tensão de accionamento apropriado para a porta de um FET, a resistência do canal dreno-fonte, R DS (a) pode ser variada de uma "OFFresistência" de muitas centenas de kW de, efectivamente um circuito aberto, pa ra uma "EM-resistência" de menos do que 1Ω, efectivamente um curto circuito. Quando se utiliza o MOSFET como um interruptor que pode conduzir a MOSFET para "ligar" mais rápido ou mais lento, ou passam correntes elevadas ou baixas. Esta capacidade de se transformar o MOSFET "ON" e "OFF" permite que o dispositivo para ser utilizado como um interruptor muito eficiente com comutação velocidades muito mais rápido do que os transistores de junção bipolar padrão.
Um exemplo do uso do MOSFET como um interruptor Neste arranjo de circuito de um canal-N-MOSFET modo Enhancement está sendo usado para mudar uma lâmpada simples "ON" e "OFF" (também poderia ser um LED). A tensão de entrada de porta V GS é feita para um nível de tensão positiva adequada para ligar o aparelho e, por conseguinte, a lâmpada ou totalmente "ON", (V GP = + ve ) ou a um nível de voltagem zero, que transforma o dispositivo totalmente "OFF", ( V GS = 0 ). Se a carga resistiva da lâmpada era de ser substituída por uma carga indutiva, tais como uma bobina, um solenóide ou retransmitir "díodo volante" deve ser exigida em paralelo com a carga a proteger o MOSFET de
qualquer auto-gerado volta emf. Acima mostra um circuito muito simples para elétrica para cargas resistivas, como uma lâmpada ou LED. Mas quando se usa MOSFETs de potência para mudar tanto de cargas indutivas ou capacitivas alguma forma de proteção é necessário para impedir que o dispositivo MOSFET de tornar-se danificado. Dirigindo uma carga indutiva tem o efeito oposto de dirigir uma carga capacitiva. Por exemplo, um condensador, sem uma carga eléctrica é um curto-circuito, o que resulta numa "irrupção" elevado de corrente e quando se remove a tensão de uma carga indutiva, que têm uma grande tensão reversa construir-se como o campo magnético cai, resultando numa induzida volta-fem nos enrolamentos do indutor. Para o MOSFET de energia para funcionar como um dispositivo de comutação analógica, ele precisa ser alternado entre o seu "Região Cut-off", onde V GS = 0 e sua "Saturação Região" foram V GS (on) = + ve. A potência dissipada na MOSFET ( P D ) depende da corrente que flui através do canal I D em saturação e também o "ONresistência" do canal de dados como R DS (em) . Por exemplo.
MOSFET como interruptor Exemplo No1 Vamos assumir que a lâmpada é avaliado em 6v, 24W e é totalmente "ON", o MOSFET padrão tem um canal "ON-resistência" ( R DS (a) ) valor de 0.1ohms. Calculase a potência dissipada no dispositivo de comutação MOSFET. A corrente que flui através da lâmpada é calculada como:
Em seguida, a potência dissipada no MOSFET será dada como:
Você pode estar sentado lá pensando, bem assim que!, Mas ao usar o MOSFET como um interruptor para controlar motores DC ou cargas elétricas com altas correntes de ativação do "ON" resistência Channel ( R DS (a) ) é muito, muito importante. Por exemplo, os MOSFETs que controlam os motores de corrente contínua, são submetidos a uma corrente elevada em corrida, quando o motor começa a rodar primeiro, porque os motores de corrente a partir só é limitada pelo valor muito baixo da resistência dos enrolamentos de motores. Em seguida, uma alta de R DS (em) o valor da resistência do canal simplesmente resultar em grandes quantidades de energia que está sendo dissipada e desperdiçados dentro do próprio, resultando em um aumento excessivo da temperatura, MOSFET, que se não for controlada pode resultar na MOSFET se tornando muito quente e danificado devido a uma térmica de sobrecarga. Um valor mais baixo R DS (on) , por outro lado, é também um parâmetro desejável, uma vez que ajuda a reduzir os canais de tensão de saturação efetiva ( V DS (sat) = Eu D x R DS (a) ) em todo o MOSFET.MOSFETs de potência geralmente têm um R DS (a) valor inferior a 0.01Ω . Uma das principais limitações de um MOSFET é a corrente máxima que ele pode manipular. Assim o RDS (a) é um parâmetro importante guia para a eficiência de comutação do MOSFET e é simplesmente a proporção de V DS / I D , quando o transistor está ligado "ON". Ao usar um MOSFET ou qualquer tipo de efeito de campo transistor para que o assunto como um dispositivo de comutação de estado sólido, é sempre aconselhável para selecionar aqueles que têm um muito baixo R DS (a) valor ou, pelo menos, montálos em um dissipador de calor adequado para ajudar reduzir qualquer térmica em fuga e danos. MOSFETs de alimentação usadas como um interruptor geral, têm proteção contra surtos de corrente construído em seu design, mas para aplicações de alta corrente do transistor de junção bipolar é uma escolha melhor.
Power MOSFET Motor Control Por causa da resistência extremamente elevada entrada ou portão que o MOSFET tem, suas velocidades de chaveamento muito rápido e a facilidade com que eles podem ser acionados os torna ideais para a interface com op-amps ou portas lógicas padrão. No entanto, deve ser tomado cuidado para assegurar que a tensão de entrada da porta-fonte é correctamente escolhido porque quando se utiliza o MOSFET como um interruptor do dispositivo deve obter um baixo R DS (a) a resistência do canal proporcionalmente a esta tensão da porta de entrada. Poder MOSFETs tipo baixo limiar pode não exibir "ON", até um mínimo, ou 3V 4V tem sido aplicado para a sua porta e se a saída da porta lógica é apenas lógica de +5 V, pode ser insuficiente para conduzir totalmente o MOSFET em saturação. Usando MOSFETs limiar inferior projetado para interface com TTL e CMOS portas lógicas que têm limites tão baixos quanto 1,5 V a 2,0 V estão disponíveis.
MOSFETs de potência pode ser usado para controlar o movimento dos motores DC ou motores brushless de passo diretamente da lógica do computador ou usando a modulação por largura de pulso (PWM) tipo controladores. Como um motor de corrente contínua apresenta um elevado binário de partida e que também é proporcional à corrente do induzido, interruptores MOSFET juntamente com um PWM pode ser usado como um muito bom controlador de velocidade que proporcionam um funcionamento suave do motor e tranquila.
Simples Power MOSFET Motor Controller
À medida que a carga do motor é indutivo, um diodo simples volante está conectado através da carga indutiva para dissipar a f.e.m. de retorno gerado pelo motor quando o MOSFET transforma "OFF". Uma rede de aperto formado por um diodo zéner em série com o díodo, também pode ser utilizado para permitir a comutação mais rápida e um melhor controlo da tensão de pico inverso e soltar-out. Para aumentar a segurança de um silício adicional ou diodo zener D 1 também pode ser colocado em todo o canal de um interruptor MOSFET quando se utiliza cargas indutivas, como motores, relés, solenóides, etc, para suprimir sobre a tensão transientes de comutação e de ruído dando proteção extra para o interruptor MOSFET, se necessário. resistor R 2 é usado como uma suspenso resistência para ajudar a puxar a tensão de saída de TTL para baixo para 0V quando o MOSFET é ligado "OFF".
Interruptor MOSFET canal P Até agora vimos o MOSFET N-canal como um interruptor fosse o MOSFET é colocada entre a carga e ao solo. Isso também permite a movimentação da porta do MOSFET ou sinal de comutação a ser referenciado ao terra (comutação de baixa lado).
Interruptor MOSFET canal P
Mas em algumas aplicações que requerem o uso de canais P-MOSFET modo de melhoramento foram a carga é conectado diretamente ao solo. Neste caso, o interruptor MOSFET é conectado entre a carga eo trilho de alimentação positiva (comutação do lado de alta), como fazemos com transistores PNP. Em um dispositivo de canal P o fluxo convencional de corrente de dreno é no sentido negativo assim uma tensão de porta-fonte negativo é aplicado para ligar o transistor "ON". Isto é conseguido porque o MOSFET canal P é "cabeça para baixo" com seu terminal de fonte ligada à alimentação positiva + V DD . Então, quando o interruptor vai LOW, o MOSFET se transforma "ON" e quando o interruptor vai ALTA o MOSFET se transforma "OFF". Esta cabeça para baixo a conexão de um interruptor MOSFET modo de melhoramento de canal P nos permite conectá-lo em série com um N-channel MOSFET modo de melhoramento para produzir um dispositivo de comutação complementar ou CMOS, como mostrado através de uma oferta dual.
Complementar MOSFET Motor Controller
Os dois MOSFETs são configurados para produzir um interruptor bidirecional de uma dupla de alimentação com o motor ligado entre a conexão de drenagem comum e
referência de terra. Quando a entrada é baixa, o MOSFET canal P está ligado-ON como sua junção porta-fonte é tendenciosa negativamente para que o motor gira em uma direção. Somente o positivo + V DD trilho de alimentação é usada para acionar o motor. Quando a entrada é alta, o dispositivo muda-OFF-canal P eo dispositivo N-channel interruptores-On como sua junção porta-fonte é tendenciosa positivamente. O motor agora roda na direcção oposta por causa da tensão terminal motores foi invertida, uma vez que é agora fornecido pelo negativo -VDD trilho de alimentação. Em seguida, o MOSFET canal P é usado para ligar o positivo da alimentação ao motor para direção de avanço (comutação do lado de alta), enquanto o MOSFET N-canal é utilizado para mudar a alimentação negativa para o motor na direcção regressiva (comutação do lado de baixa) . Há uma variedade de configurações para dirigir os dois MOSFET com muitas aplicações diferentes.Tanto o canal P e os dispositivos N-canal podem ser accionados por um único comando de porta de IC como mostrado. No entanto, para evitar condução cruzada com ambos os MOSFETs realizando ao mesmo tempo nas duas polaridades da dupla de abastecimento, troca rápida de dispositivos são obrigados a fornecer alguma diferença de tempo entre eles viragem "OFF" ea outra viragem "ON".Uma forma de ultrapassar este problema é dirigir ambos os portões MOSFETs separadamente. Isso, então, produz uma terceira opção de "STOP" para o motor quando os dois MOSFETs são "OFF".
Complementar MOSFET Tabela de controle do motor MOSFET 1
MOSFET 2
Função Motora
OFF
OFF
Motor parado (OFF)
ON
OFF
Motor gira para frente
OFF
ON
Motor Gira Reversa
ON
ON
NÃO PERMITIDO
Por favor, note que é importante que nenhuma outra combinação de entradas são permitidos, ao mesmo tempo, pois isso pode fazer com que o fornecimento de energia para ser curto-circuito, como ambos os MOSFETs, FET 1 e FET 2 pode ser ligado "ON" em conjunto, resultando em: ( fusível = bang!), ser avisado.
