Tovejs switch

I dette indlæg lærer vi om MOSFET tovejs strømafbrydere, som kan bruges til at betjene en belastning på to punkter tovejs. Dette gøres simpelthen ved at forbinde to N-kanals eller P-kanals MOSFET'er tilbage til bagside i serie med den specificerede spændingsledning.

Hvad er en tovejskontakt

En tovejs afbryder (BPS) er en aktiv enhed, der er bygget med MOSFET'er eller IGBT'er , som tillader en tovejs tovejs strøm af strøm, når den er tændt, og blokerer en tovejs strøm af strøm, når den er slukket.

Da den er i stand til at udføre på begge måder, kan en tovejsafbryder sammenlignes og symboliseres som en normal ON / OFF-kontakt som vist nedenfor:

Her kan vi se, at der tilføres en positiv spænding ved omskifterens punkt 'A' og et negativt potentiale på punkt 'B', som giver strømmen mulighed for at strømme over 'A' til 'B'. Handlingen kan vendes ved blot at ændre spændingens polaritet. Det betyder, at punkterne 'A' og 'B' i BPS kan bruges som udskiftelige input / output-terminaler.

Det bedste applikationseksempel på en BPS kan ses i alle MOSFET-baserede reklamer SSR design .

Egenskaber

I Power elektronik er egenskaberne ved en tovejskontakt (BPS) defineret som en firekvadrantkontakt, der har evnen til at lede positiv eller negativ strøm i ON-tilstand og også blokere positiv eller negativ strøm i OFF-tilstand. Fire-kvadrant ON / OFF-diagrammet for en BPS er vist nedenfor.

I ovenstående diagram er kvadranterne angivet i grøn farve, hvilket indikerer enhedernes TIL-tilstand uanset polariteten på forsyningsstrømmen eller bølgeformen.

I ovenstående diagram indikerer den røde lige linje, at BPS-enhederne er i OFF-tilstand og tilbyder absolut ingen ledning uanset polariteten af ​​spændingen eller bølgeformen.

Hovedfunktioner, en BPS burde have

• En tovejskontaktindretning skal kunne tilpasses meget for at muliggøre let og hurtig strømledning fra begge sider, dvs. over A til B og B til A.
• Når det anvendes i jævnstrømsapplikation, skal en BPS udvise et minimum af tilstandsmodstand (Ron) for forbedret spændingsregulering af belastningen.
• Et BPS-system skal være udstyret med passende beskyttelseskredsløb for at modstå pludselig strømstyrke under en polaritetsændring eller ved relativt høje omgivelsestemperaturforhold.

Tovejs switchkonstruktion

En tovejskontakt er konstrueret ved at forbinde MOSFET'er eller IGBT'er tilbage til bagside i serie som vist i de følgende figurer.

Her kan vi se tre grundlæggende metoder, hvorigennem en tovejs switch kan konfigureres.

I det første diagram er to P-kanal MOSFET'er konfigureret med deres kilder forbundet til hinanden.

I det andet diagram kan to N-kanals MOSFETS ses forbundet på tværs af deres kilder til implementering af et BPS-design.

I den tredje konfiguration vises to N-kanals MOSFET'er tilsluttet afløb til dræning til udførelse af den tilsigtede tovejsledning.

Grundlæggende funktionsdetaljer

Lad os tage eksemplet med den anden konfiguration, hvor MOSFET'erne er forbundet med deres kilder ryg mod ryg, lad os forestille os, at positiv spænding anvendes fra 'A' og negativ til 'B', som vist nedenfor:

I dette tilfælde kan vi se, at når gate-spændingen påføres, tillades strøm fra 'A' at strømme gennem venstre MOSFET, derefter gennem den interne fremadspændte diode D2 på højre MOSFET, og til sidst afslutter ledningen ved punkt 'B '.

Når spændingspolariteten vendes fra 'B' til 'A', vender MOSFET'erne og deres interne dioder deres positioner som vist i følgende illustration:

I ovenstående situation tændes højre side MOSFET af BPS TIL sammen med D1, som er den indre kropsdiode af venstre MOSFET, for at muliggøre ledning fra 'B' til 'A'.

Foretag diskrete tovejskontakter

Lad os nu lære, hvordan en tovejskontakt kan bygges ved hjælp af diskrete komponenter til en beregnet tovejs-skiftapplikation.

Følgende diagram viser den grundlæggende BPS-implementering ved hjælp af P-kanal MOSFET'er:

Brug af P-Channel MOSFETS

Når punkt 'A' er positivt, forstyrres venstre kropsdiode fremad og leder, efterfulgt af højre side p-MOSFET, for at fuldføre ledningen ved punkt 'B'.

Når punkt 'B' er positivt, bliver den modsatte side af de respektive komponenter aktive for ledningen.

Den nederste N-kanal MOSFET styrer ON / OFF-tilstandene for BPS-enheden gennem passende ON / OFF gate-kommandoer.

Modstanden og kondensatoren beskytter BPS-enhederne mod en mulig hastighedsstrøm.

Brug af P-kanal MOSFET er dog aldrig den ideelle måde at implementere en BPS på på grund af deres høje RDSon . Derfor kan disse kræve større og dyrere enheder for at kompensere mod varme og andre relaterede ineffektiviteter sammenlignet med N-kanalbaseret BPS-design.

Brug af N-Channel MOSFETS

I det næste design ser vi en ideel måde at implementere et BPS-kredsløb ved hjælp af N-kanal MOSFET'er.

I dette diskrete tovejskontaktkredsløb anvendes back-to-back tilsluttede N-chanel MOSFET'er. Denne metode kræver et eksternt driverkredsløb til at lette tovejs strømledning fra A til B og i omvendt retning.

Schottky-dioderne BA159 bruges til at multiplexere forsyningerne fra A og B for at aktivere ladepumpekredsløbet, så ladepumpen er i stand til at generere den nødvendige mængde TÆND-spænding til N-kanal MOSFET'erne.

Ladepumpen kunne bygges ved hjælp af en standard spændingsdobler kredsløb eller en lille boost skift kredsløb.

3,3 V anvendes til at drive opladningspumpen optimalt, mens Schottky-dioderne afleder portspændingen direkte fra den respektive indgang (A / B), selvom indgangsforsyningen er så lav som 6 V. Denne 6 V fordobles derefter af oplad ump til MOSFET-portene.

Den nedre N-kanal MOSFET er til styring af ON / OFF-skift af tovejskontakten som ønsket specifikation.

Den eneste ulempe ved at bruge en N-kanal MOSFET sammenlignet med den tidligere diskuterede P-kanal er disse ekstra komponenter, der muligvis bruger ekstra plads på printkortet. Denne ulempe opvejes imidlertid af den lave R (on) af MOSFET'erne og den meget effektive ledning og lave omkostninger af MOSFET'er i lille størrelse.

Når det er sagt, giver dette design heller ingen effektiv beskyttelse mod overophedning, og derfor kan overdimensionerede enheder overvejes til applikationer med høj effekt.

Konklusion

En tovejskontakt kan ganske let bygges ved hjælp af et par back-to-back tilsluttede MOSFET'er. Disse afbrydere kan implementeres til mange forskellige applikationer, der kræver en tovejs omskiftning af belastningen, f.eks. Fra vekselstrømskilde.

Referencer:

TPS2595xx, 2,7 V til 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse med hurtig overspændingsbeskyttelsesdatablad

TPS2595xx Designberegningsværktøj

E-sikringsenheder