Kahesuunaline lüliti

Selles postituses tutvume MOSFET kahesuunaliste toitelülititega, mida saab kasutada koormuse käitamiseks kahes punktis kahesuunaliselt. Seda lihtsalt ühendades kaks N-kanaliga või P-kanaliga MOSFET-i järjestikku määratud pingeliiniga järjestikku.

Mis on kahesuunaline lüliti

Kahesuunaline toitelüliti (BPS) on aktiivne seade, mis on ehitatud kasutades MOSFETid või IGBT-d , mis võimaldab sisselülitamisel voolu kahesuunalist kahesuunalist voolu ja blokeerib väljalülitatuna kahesuunalise pingevoo.

Kuna see suudab juhtida mõlemal viisil, saab kahesuunalist lülitit võrrelda ja sümboliseerida kui normaalset ON / OFF lüliti nagu allpool näidatud:

Siin näeme, et positiivne pinge rakendatakse lüliti punktis A ja negatiivne potentsiaal rakendatakse punktis B, mis võimaldab voolul voolata kogu A-st B-ni. Toimingut saab muuta, muutes lihtsalt pinge polaarsust. See tähendab, et BPS-i punkte 'A' ja 'B' saab kasutada vahetatavate sisend- / väljundklemmidena.

Parimat BPS-i rakenduse näidet võib näha kõigis MOSFET-põhistes reklaamides SSR kujundused .

Omadused

Sisse Jõuelektroonika , on kahesuunalise lüliti (BPS) omadused määratletud kui neljakvantriline lüliti, millel on võime juhtida positiivset või negatiivset voolu ON-olekus ning blokeerida ka positiivne või negatiivne vool OFF-olekus. Nelja kvadrandi sisse / välja skeem BPS jaoks on näidatud allpool.

Ülaltoodud diagrammil on kvadrandid tähistatud rohelise värviga, mis näitab seadmete sisselülitatud olekut olenemata toitevoolu polaarsusest või lainekujust.

Ülaltoodud diagrammil näitab punane sirgjoon, et BPS-seadmed on OFF-olekus ja ei paku absoluutselt mingit juhtivust, hoolimata pinge polaarsusest või lainekujust.

Peamised omadused, mida BPS peaks olema

• Kahesuunaline lülitusseade peab olema hõlpsasti kohandatav, et võimaldada hõlpsat ja kiiret toitejuhtimist mõlemalt poolt, st A-st B-ni ja B-st A-ni.
• Alalisvoolu rakendamisel peab koormuse paremaks pingeregulatsiooniks olema BPS-i minimaalne olekutakistus (Ron).
• BPS-süsteem peab olema varustatud nõuetekohase kaitselülitusega, et taluda polaarsuse muutuse ajal või ümbritseva keskkonna kõrge temperatuuri tingimustes ootamatut kiirust.

Kahesuunalise lüliti ehitus

Kahesuunaline lüliti konstrueeritakse, ühendades MOSFET-id või IGBT-d järjestikku järjestikku, nagu on näidatud järgmistel joonistel.

Siin saame tunnistada kolme põhimeetodit, mille abil saab konfigureerida kahesuunalist lülitit.

Esimesel diagrammil on konfigureeritud kaks P-kanaliga MOSFET-i, mille allikad on üksteisega seljaga ühendatud.

Teises skeemis võib BPS-i disaini rakendamiseks näha kahte N-kanaliga MOSFET-i ühendatud nende allikate vahel.

Kolmandas konfiguratsioonis on näidatud kaks N-kanaliga MOSFET-i kinnitatud äravoolu äravooluks kavandatud kahesuunalise juhtivuse teostamiseks.

Põhifunktsioonide üksikasjad

Võtame näite teisest konfiguratsioonist, kus MOSFET-id ühendatakse oma allikatega tagasi, kujutame ette, et positiivne pinge rakendatakse väärtuselt A ja negatiivne väärtusele B, nagu allpool näidatud:

Sel juhul näeme, et värava pinge rakendamisel lastakse voolul A-st voolata läbi vasaku MOSFET-i, seejärel läbi parempoolse MOSFET-i sisemise ettepoole kallutatud dioodi D2 ja lõpuks juhtivus lõpeb punktis B '.

Kui pinge polaarsus on ümber pööratud B-lt A-le, pööravad MOSFETid ja nende sisedioodid oma positsioone, nagu on näidatud järgmisel joonisel:

Ülaltoodud olukorras lülitub BPS-i parempoolne MOSFET koos D1-ga, mis on vasaku külje MOSFET-i sisemine kehadiood, võimaldamaks juhtimist B-st A-ni.

Diskreetsete kahesuunaliste lülitite valmistamine

Nüüd õpime, kuidas kahesuunalist lülitit saab kavandatud kahesuunalise lülitusrakenduse diskreetsete komponentide abil ehitada.

Järgmine diagramm näitab põhilist BPS-i rakendamist P-kanaliga MOSFETide abil:

P-Channel MOSFETSi kasutamine

Kui punkt A on positiivne, läheb vasakpoolne keha diood ettepoole kallutatult ja juhib, millele järgneb parem pool p-MOSFET, et viia juhtivus lõpuni punktis B.

Kui punkt B on positiivne, muutuvad vastupidi vastavad komponendid juhtivaks.

Alumine N-kanaliga MOSFET juhib BPS-seadme ON / OFF-olekut asjakohaste ON / OFF-värava käskude kaudu.

Takisti ja kondensaator kaitsevad BPS-seadmeid võimaliku kiirevoolu tõusu eest.

Kuid P-kanaliga MOSFET-i kasutamine pole kunagi ideaalne viis BPS-i rakendamiseks nende kõrge RDSoni tõttu . Seetõttu võivad need N-kanalil põhineva BPS-disainiga võrreldes vajada suuremaid ja kulukamaid seadmeid, et kompenseerida kuumust ja muid seonduvaid ebaefektiivsusi.

N-Channel MOSFETSi kasutamine

Järgmises kujunduses näeme ideaalset viisi BPS-ahela rakendamiseks N-kanaliga MOSFETide abil.

Selles diskreetses kahesuunalises lülitusahelas kasutatakse tagant-tagasi ühendatud N-kanaliga MOSFET-e. See meetod nõuab välist draiveri vooluahelat, et hõlbustada kahepoolset toitejuhtimist A-st B-sse ja tagurpidi.

Schottky dioode BA159 kasutatakse toiteallikate multipleksimiseks A-st ja B-st, et aktiveerida laadimispumba vooluring, nii et laadimispump suudab genereerida N-kanaliga MOSFETide jaoks vajaliku sisselülitatava pinge.

Laadimispumba saaks ehitada standardi abil pinge kahekordistaja vooluring või väike hoogu vahetamine ahel.

Laadimispumba optimaalseks toitmiseks kasutatakse 3,3 V, samas kui Schottky dioodid tuletavad värava pinge otse vastavast sisendist (A / B), isegi kui sisendvarustus on nii madal kui 6 V. Seejärel kahekordistab see 6 V tasu MOSFETi väravate eest.

Alumine N-kanaliga MOSFET on mõeldud kahesuunalise lüliti sisse / välja lülitamise juhtimiseks vastavalt soovitud spetsifikatsioonidele.

N-kanaliga MOSFET-i kasutamise ainus puudus võrreldes eelnevalt käsitletud P-kanaliga on need lisakomponendid, mis võivad PCB-l kulutada lisaruumi. Kuid selle puuduse kaalub üles MOSFETide madal R (on) ja ülitõhus juhtivus ning odavad väikesed MOSFETid.

Sellest hoolimata ei paku see disain ka tõhusat kaitset ülekuumenemise eest ja seetõttu võib suure võimsusega rakenduste puhul kaaluda liiga suurte seadmete kasutamist.

Järeldus

Kahesuunalise lüliti saab üsna hõlpsasti ehitada, kasutades paar tagasi ühendatud MOSFET-i. Neid lüliteid saab rakendada paljude erinevate rakenduste jaoks, mis nõuavad koormuse kahesuunalist ümberlülitamist, näiteks vahelduvvooluallikast.

Viited:

TPS2595xx, 2,7 V kuni 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse koos kiire ülepinge kaitse andmelehega

TPS2595xx kujunduse arvutamise tööriist

E-kaitsme seadmed