协会官方微信

首页  >>  新闻资讯  >>  专题论述  >>  正文

耗尽型 MOSFET 在工业传感器、智能变送器中的
应用

发布时间:2020-12-23     来源:成都方舟微电子有限公司

近年来,耗尽型 MOSFET 日益受到重视,广泛应用于固态继电器、“常开”开关、线形运放、恒流源、恒压源和开关电源等,涵盖了家用电器、消费电子、工业控制、汽车电子、电信设施和航空航天等领域。

耗尽型 MOSFET 分为两种类型:

N 沟道耗尽型 MOSFET,即:导电沟道为 N 型,参与导电的主要是电子,以及 P 沟道耗尽型 MOSFET,即:导电沟道为 P 型,参与导电的主要是空穴。由于电子的迁移率远高于空穴,N 沟道耗尽型 MOSFET 具有更强的电流处理能力,得到了更广泛地运用。

当栅极-源极电压 VGS=0V 时,其导电沟道即已存在,器件处于开通状态。当栅极- 源极电压 VGSVGS(OFF)(P 沟道),其导电沟道因沟道中的载流子耗尽而消失,器件处于关断状态。由于在零栅偏时,器件处于导通状态,因此耗尽型器件又称为“常开”(Normally On)器件。图 1 为 N 沟道耗尽型 MOSFET 的示意图。

图 1. N 沟道耗尽型 MOSFET 示意图


利用耗尽型 MOSFET 的亚阈值特性,我们可以很方便地建立一个简单的电压调节器,具有高电压调节范围和稳定的电压输出。也可以组成一个稳定的恒流源。同时, 这种电压源或电流源具有极佳的抗干扰能力,能有效地抑制瞬态电压或浪涌电流。

图 2. N 沟道耗尽型 MOSFET 组成的高电压调节器示意图


如图 2 所示,当 VDD 增加时,流过电路的电流 IDS 增加,导致耗尽型 MOSFET 源极电位 VS 升高,即VGS 绝对值 ∣ VGS ∣ 增加,并引起器件导电沟道变窄,电流增加减缓。在此过程中负载RL 两端的电压VS 无限接近器件的关断电压VGSOFF∣,VS≈∣VGSOFF∣,即 VS 钳位在∣VGSOFF∣处,不再随输入电压 VDD 的增加而变化。负载 RL 流过的电流 IL IL = VS / RL也不随输入电压 VDD 的增加而变化。

VDD 的最大值 VDD,MAX =BVDSX +VGSOFF


其中,BVDSX 为耗尽型 MOSFET 漏源极之间的击穿电压。

由此可以看出利用耗尽型 MOSFET 可以组成一个简单稳定的高电压输入的电压调节器或电流源,同时具有极佳的瞬态抑制能力。

利用运算放大器或电压基准源,可以很容易实现指定的输出电压。

图 3. 耗尽型 MOSFET 与运算放大器组成的电压源示意图

如图 3 所示,Vo Vi 具有如下关系:

Vo = Vi × ( 1 + R2/R1 )

因此,通过配置 R2 和 R1 的组合,可以轻松确定负载的工作电压 Vs 

Vs =Vo + VGSOFF

其中, VGSOFF为耗尽型 MOSFET 的关断电压。

传感器、变送器一般工作在恶劣环境中,使用耗尽型 MOSFET,不仅实现高电压供电,而且还能有效抑制浪涌或瞬态干扰,保证系统安全、正常工作。

下面,以一款常用的智能变送器为例简要说明耗尽型 MOSFET 在工业传感器、智能变送器中的典型应用。

图 4. 带 HART 功能的典型智能变送器示意图

在图 4 中,可以选用 DMX1072 或 DMS4022 耗尽型 MOSFET,给环路供电型

4mA~20mA 数模转换电路 AD421 供电。

DMX1072 采用 SOT-89 封装,主要参数为:耗散功率 1W,耐压 100V,饱和电流大于 0.7A,导通电阻最大值 3Ω,如果直接用在 4mA~20mA 供电环路中,可支持高达 24V 的电压输入。

DMS4022 采用 SOT-223 封装,主要参数为:耗散功率 1.5W,耐压 400V,饱和电流大于 200mA,导通电阻最大值 25Ω左右。采用 DMS4022,支持高达 48V 的高电压输入,并同时抑制高达 400V 的瞬态浪涌,对系统实行有效的过压、过流保护,这对于诸如工业现场、电机控制、变频调速等复杂电磁环境的应用尤为重要。 汽车中有许多电机,这些感性负载可能产生高达 300V 的电压瞬态,因此选择 DMS4022 能有效地防止瞬态干扰和破坏。

成都方舟微电子有限公司是国内唯一一家专注耗尽型 MOSFET 研发生产的具有领先技术的半导体企业,十几年来,公司以先进的专利技术和丰富的研发经验,开发了耗尽型 MOSFET 系列产品,以其丰富的产品线和可靠的品质,大量应用于消费电子、家用电器、照明、工业自动化领域。同时公司还以灵活和贴近用户的方式,为客户开发定制化解决方案,以满足客户的各类需求。

要了解DMX1072 和DMS4022 的详细数据,请访问网址:http://www.ark-micro.com

伟德体育官网版权所有   |   京ICP备13023518号-1   |   京公网安备 110102003807
地址:北京市西城区百万庄大街16号1号楼6层   |   邮编:100037   |   电话:010-68596456 / 68596458
战略合作伙伴、技术支持:中国机械工业联合会机经网(MEI)