مدار واسط خروجی ماسفت قدرت

مدار واسط خروجی ماسفت قدرت:
علاوه بر ترانزیستورهای تکی و یا زوج دارلینگتون، ماسفت های قدرت (Power MOSFET) نیز می توانند برای سوئیچینگ ادوات توان متوسط مورد استفاده قرار گیرند.

بر خلاف ترانزیستورهای پیوند دوقطبی یا BJT که به یک جریان بیس برای درایو ترانزیستور به ناحیه اشباع نیاز دارند، کلیدهای ماسفت تقریبا هیچ جریانی را لازم ندارند؛ زیرا ترمینال گیت از ترمینال اصلی حامل جریان ایزوله شده است.

مدار کلید ماسفت ساده:
ماسفت قدرت نوع افزایشی کانال N دارای ولتاژ آستانه مثبت و امپدانس ورودی بسیار بزرگ است و به همین دلیل به عنوان مدار واسط مستقیم به میکروکنترلرها، PICها و مدارات منطقی دیجیتال بسیار ایده آل محسوب می شود و می توانند خروجی مثبتی را مطابق با شکل بالا تولید کند.

کلیدهای ماسفت توسط سیگنال ورودی گیت کنترل می شوند و به دلیل مقاومت بسیار بالای ورودی (گیت) در ماسفت، می توان بدون محدودیت تعداد زیادی ماسفت قدرت را با یکدیگر موازی کرد تا به توانایی کنترل توان بار متصل برسیم.

در تصویر زیر نمایی از مدار کلید ماسفت ساده نشان داده شده است.

در ماسفت نوع افزایشی N کانال، وسیله در حالت قطع قرار دارد (Vgs) و کانال بسته شده است، در نتیجه مانند یک کلید معمولا باز (Normally Open) عمل می کند.

زمانی که یک ولتاژ بایاس مثبت به گیت ترانزیستور اعمال شود، جریان در کانال جاری می شود. مقدار جریان به ولتاژ بایاس گیت Vgs بستگی دارد. به عبارت دیگر، برای عملکرد ماسفت در ناحیه اشباع خود، ولتاژ گیت به سورس باید به اندازه کافی باشد تا جریان درین لازم و در نتیجه جریان بار را حفظ کند.

همان طور که قبلا بیان کردیم، ماسفت قدرت افزایشی کانال N توسط یک ولتاژ اعمال شده بین گیت و سورس درایو می شود، بنابراین افزودن یک دیود زنر در طول پیوند گیت به سورس مانند تصویر، از ترانزیستور در برابر ولتاژ مثبت یا منفی اضافه ورودی محافظت می کند.

این ولتاژ اضافه، به عنوان مثال، توسط خروجی یک مقایسه گر اپ امپی در مد اشباع تولید می شود.

دیود زنر قادر است که ولتاژ گیت مثبت را ثابت حفظ (Clamp) کند و مانند یک دیود معمولی عمل کند که اگر ولتاژ گیت به 0٫7 ولت برسد، شروع به هدایت می کند و ترمینال گیت را به خوبی از محدودیت ولتاژ شکست معکوس حفظ می کند.

ماسفت و گیت های کلکتور باز:
ارتباط خروجی یک ماسفت قدرت و یک گیت منطقی TTL سبب ایجاد مشکلاتی می شود. این مشکل زمانی به وجود می آید که از گیت های منطقی و درایورهای با خروجی کلکتور باز استفاده کنیم.

در این حالت ممکن است گیت منطقی همیشه خروجیVGS مورد نیاز را ایجاد نکند. یک راه برای غلبه بر این مشکل، استفاده از مقاومت پول آپ (Pull-up Resistor) مانند تصویر زیر است.

در مدار شکل بالا، مقاومت پول آپ بین منبع تغذیه گیت منطقی و خروجی آن قرار گرفته است که خروجی گیت منطقی TTL خود به ترمینال گیت ماسفت متصل شده است.

زمانی که خروجی گیت منطقی TTL در سطح صفر یا Low منطقی قرار داشته باشد، ماسفت خاموش است و زمانی که خروجی گیت منطقی TTL در سطح منطقی High یا یک قرار داشته باشد، مقاومت ولتاژ گیت را تا 5+ ولت تغذیه بالا می کشد.

با استفاده از این آرایش مقاومت پول آپ در مدار، می توانیم ماسفت را به صورت کامل روشن کنیم. برای این کار ولتاژ گیت را مطابق شکل به منبع تغذیه متصل می کنیم.