ý nghĩa của MOSFE khu vực tuyến tính trực tuyến trong bối cảnh tổn thất chuyển đổi

Trong ngữ cảnh các mạch chuyển đổi MOSFET (PWM, điều khiển động cơ, v.v.) Tôi đã đọc "vùng tuyến tính" hoạt động là nơi bạn không muốn ở lâu, bởi vì đây là nơi có nguồn điện lớn trong MOSFET. Ví dụ : câu trả lời này :

bạn đang lái MOSFET vào vùng tuyến tính (tiêu tán năng lượng) của nó

Hoặc ứng dụng này lưu ý từ Bộ chỉnh lưu quốc tế :

Nếu thiết bị được vận hành như một công tắc, khả năng dòng điện thoáng qua lớn của mạch ổ đĩa sẽ giảm thời gian ở vùng tuyến tính, do đó giảm tổn thất chuyển mạch.

Tuy nhiên, Wikipedia cung cấp các định nghĩa sau:

• vùng tuyến tính: và V_ {DS} <(V_ {GS} - V_ {th})$V_{GS} > V_{th}$$V_{DS} < ( V_{GS} – V_{th} )$
• chế độ hoạt động: $V_{GS} > V_{th}$ và $V_{DS} ≥ ( V_{GS} – V_{th} )$

Đó là, $V_{DS}$ , và do đó, công suất trong MOSFET, ở vùng tuyến tính ít hơn ở chế độ hoạt động. Do đó, tôi nghĩ sẽ đến lúc ở chế độ hoạt động mà người ta muốn tránh. Khi một người chuyển từ tắt sang bật , một người bắt đầu cắt, chuyển qua chế độ hoạt động càng nhanh càng tốt để giảm thiểu tổn thất, sau đó kết thúc ở vùng tuyến tính.

Nhưng, tôi không thể dung hòa điều này với các ví dụ ở trên, thảo luận về việc giảm thiểu thời gian trong khu vực tuyến tính. Đâu là sự không nhất quán?

"Vùng tuyến tính" trong các câu trả lời bạn trích dẫn được sử dụng hơi lỏng lẻo. Thông thường chúng ta nói "vùng tuyến tính" hoặc "hoạt động tuyến tính" trong thiết bị điện tử khi chúng ta có nghĩa là hoạt động ở giữa nơi điện áp được giữ ở đâu đó giữa các đường ray cung cấp điện (như được gắn với một trong số chúng) hoặc một thiết bị như bóng bán dẫn giữ ở khu vực giữa nơi không bật hoặc tắt hoàn toàn. Thông thường các thiết bị không phải là tất cả tuyến tính trong "khu vực tuyến tính" này, nhưng đó là một cái tên bị mắc kẹt từ lâu, nơi khu vực tuyến tính được gắn với hoạt động chuyển đổi hoặc khu vực bị cắt.

Đây là khu vực "tuyến tính" giữa, nơi thiết bị sẽ tiêu tan năng lượng đáng kể. Nếu thiết bị là một công tắc lý tưởng, thì nó không thể tiêu hao năng lượng khi mở vì dòng điện bằng 0 hoặc khi đóng vì điện áp bằng không.

Điều này khác với "vùng tuyến tính" khi nói về vật lý thiết bị hoặc các đặc điểm chi tiết của MOSFET. Ở đó "tuyến tính" có thể có nghĩa là "dòng điện gần đúng với điện áp ứng dụng", điều đó cũng có nghĩa là MOSFET hoạt động giống như một điện trở được gắn với giống như một nguồn hiện tại. Điều đó khác với "vùng tuyến tính" từ phối cảnh mạch tổng thể.

Vâng, nó phụ thuộc vào ngữ cảnh và có thể gây nhầm lẫn. Nếu bạn cần phải chính xác, sử dụng số thực.

"Khu vực tuyến tính" không may là thuật ngữ được sử dụng không nhất quán khi nói đến MOSFET. Nó có thể có nghĩa chính xác ngược lại tùy thuộc vào tác giả. Đối chiếu:

Hình ảnh từ bản chú thích này .

Từ sách giáo khoa này , gọi vùng bên trái là "vùng tuyến tính".

Cũng lưu ý rằng JEDEC đã chọn "vùng ohmic" và tương ứng là "vùng bão hòa" làm lựa chọn thuật ngữ tiêu chuẩn cho MOSFET (như trong hình 1 ở trên). Điều này được đưa ra trong JESD77b trên trang "4-31". Họ tránh gọi bất kỳ khu vực nào là "tuyến tính".

Vùng tuyến tính trong ngữ cảnh này có nghĩa là vùng bạn không muốn hoạt động vì Id sản phẩm · Vds rất lớn do đó bạn có rất nhiều tổn thất. Bạn muốn giảm thiểu tổn thất trong bóng bán dẫn bằng cách bật hoặc tắt hoàn toàn bóng bán dẫn.

Chuyển đổi giữa hai trạng thái nên càng nhanh càng tốt bởi vì ở đó tạo ra tổn thất.

Khu vực dưới đường cong màu xanh là năng lượng tiêu tan trong thiết bị. Chuyển đổi chậm hơn làm cho khu vực lớn hơn.

Nếu bạn nhìn vào bật tắt cứng điển hình

hoặc tắt

Bạn có thể thấy rằng trong một thời gian có điện áp cao và dòng điện cao hiện trên thiết bị cùng một lúc. Chuyển đổi nhanh hơn giảm thiểu thời gian ở khu vực đó.

Có nhiều cách để giảm thiểu tổn thất chuyển mạch bằng cách sử dụng chuyển mạch điện áp bằng 0 hoặc dòng không. Bạn phải thiết kế bộ chuyển đổi của mình theo cách nó sẽ chỉ chuyển đổi khi điện áp hoặc dòng điện trên bóng bán dẫn gần bằng không. Bằng cách này, sản phẩm năng lượng của Id · Vds cũng gần bằng không.

Biểu đồ cho thấy năng lượng dường như có thời gian là trục của nó. Nó có thể hữu ích cho công suất đồ thị so với sụt áp, giả sử tải điện trở (ví dụ cung cấp hình 10 volt và tải một ohm). Khi thiết bị tắt hoàn toàn, dòng điện bằng 0 do đó không có điện. Khi bật hoàn toàn, điện áp rất thấp (ví dụ 0,2 volt) và do đó công suất thấp (9,8 ampe, do đó 1,96 watt). Khi "một nửa" bật, điện áp giảm đáng kể (5 volt) và dòng điện đáng kể (5 ampe), công suất lớn (25 watt).

Có một chút nhầm lẫn về phía nào của biểu đồ được gắn nhãn là khu vực "tuyến tính". Nếu bạn đang sử dụng MOSFET để chuyển đổi PWM, bạn phải luôn cố gắng ở trong vùng bên trái của biểu đồ.

Hãy nhớ rằng MOSFET là một thiết bị giới hạn dòng điện được điều khiển bằng điện áp. Khi đủ điện áp tồn tại giữa cổng và chân nguồn ($V_{GS} > V_{th}$), MOSFET sẽ cho phép dòng điện chạy qua, đến một giới hạn. Giới hạn hiện tại được xác định bởi$V_{GS}$ và có thể thay đổi tùy thuộc vào phần cụ thể (xem biểu đồ trong biểu dữ liệu của bạn).

Nếu bạn cố gắng vẽ thêm hiện tại giới hạn này, bạn đang nhập đúng vùng của biểu đồ. Đây là nơi MOSFET sẽ đóng vai trò là lượng điện trở cần thiết để duy trì dòng điện giới hạn đó. Giống như bất kỳ điện trở nào với dòng điện cao, nó sẽ rất nóng. Bởi vì nó hoạt động giống như một điện trở, bây giờ có một điện áp đáng kể trên các chân cống và nguồn ($V_{DS} ≥ (V_{GS}–V_{th}$)).

Khi sử dụng MOSFET để chuyển đổi PWM, hãy đảm bảo bạn đang áp dụng đủ $V_{GS}$sao cho giới hạn hiện tại của MOSFET cao hơn lượng quạt / động cơ / v.v. sẽ vẽ. Với Power MOSFET, tôi khuyên bạn nên sử dụng cùng một điện áp cho$V_{GS}$mà bạn đang sử dụng để cấp nguồn cho quạt / động cơ / vv. chinh no; điều này sẽ đảm bảo thời gian chuyển đổi nhanh nhất, giảm thời gian bạn sử dụng ở đúng vùng gây ra bằng cách sạc / xả điện dung nhỏ của MOSFET. Dưới đây là một ví dụ sử dụng Op Amp để tăng điện áp PWM:

CẬP NHẬT : Dưới đây là một ví dụ khác sử dụng cực totem để lái cổng MOSFET. Điều này có một lợi thế của việc lái cổng với dòng điện cao.

Lưu ý: do MOSFET N-ch thứ hai, tín hiệu PWM bị đảo ngược, tôi đã thay đổi kích hoạt schmitt thành loại đảo ngược để khắc phục điều này.