Divvirzienu slēdzis

Šajā amatā mēs uzzinām par MOSFET divvirzienu strāvas slēdžiem, kurus var izmantot slodzes darbināšanai divos punktos divvirzienu virzienā. To vienkārši izdara, savienojot divus N-kanālu vai P-kanālu MOSFET sērijveidā ar norādīto sprieguma līniju.

Kas ir divvirzienu slēdzis

Divvirzienu barošanas slēdzis (BPS) ir aktīva ierīce, kas izveidota, izmantojot MOSFET vai IGBT , kas ļauj divvirzienu strāvas plūsmu, kad tā tiek ieslēgta, un bloķē divvirzienu sprieguma plūsmu, kad tā tiek izslēgta.

Tā kā tas spēj darboties abos virzienos, divvirzienu slēdzi var salīdzināt un simbolizēt kā normālu ON / OFF slēdzis kā parādīts zemāk:

Šeit mēs varam redzēt pozitīvu spriegumu, kas tiek izmantots slēdža punktā 'A', un negatīvo potenciālu izmanto punktā 'B', kas ļauj strāvai plūst pāri 'A' uz 'B'. Darbību var mainīt, vienkārši mainot sprieguma polaritāti. Tas nozīmē, ka BPS punktus A un B var izmantot kā maināmus ieejas / izejas spailes.

Labākais BPS piemērošanas piemērs ir redzams visā MOSFET balstītajā reklāmā SSR dizaini .

Raksturlielumi

In Jaudas elektronika , divvirzienu slēdža (BPS) raksturlielumi ir definēti kā četrkvadranta slēdži, kam ir spēja vadīt pozitīvu vai negatīvu strāvu ON stāvoklī, kā arī bloķēt pozitīvo vai negatīvo strāvu OFF stāvoklī. Četru kvadrantu ieslēgšanas / izslēgšanas shēma BPS ir parādīta zemāk.

Iepriekš redzamajā diagrammā kvadrāti ir norādīti zaļā krāsā, kas norāda ierīču ieslēgšanas stāvokli neatkarīgi no barošanas strāvas polaritātes vai viļņu formas.

Iepriekš redzamajā diagrammā sarkanā taisnā līnija norāda, ka BPS ierīces ir izslēgtā stāvoklī, un tā pilnīgi nepiedāvā vadību neatkarīgi no sprieguma vai viļņu polaritātes.

Galvenās iezīmes, kurām BPS vajadzētu būt

• Divvirzienu slēdža ierīcei jābūt ļoti pielāgojamai, lai nodrošinātu ērtu un ātru elektropadevi no abām pusēm, tas ir, no A līdz B un B uz A
• Lietojot līdzstrāvas lietojumos, BPS jāuzrāda minimālā stāvokļa pretestība (Ron), lai uzlabotu slodzes sprieguma regulēšanu.
• BPS sistēmai jābūt aprīkotai ar atbilstošu aizsardzības shēmu, lai izturētu pēkšņu skriešanas strāvu polaritātes maiņas laikā vai relatīvi augstas apkārtējās temperatūras apstākļos.

Divvirzienu slēdžu konstrukcija

Divvirzienu slēdzis tiek veidots, savienojot MOSFET vai IGBT sērijveidā, kā parādīts turpmākajos attēlos.

Šeit mēs varam redzēt trīs pamatmetodes, ar kuru palīdzību var konfigurēt divvirzienu slēdzi.

Pirmajā diagrammā ir konfigurēti divi P-kanālu MOSFET, kuru avoti ir savstarpēji savienoti.

Otrajā diagrammā var redzēt divus N-kanālu MOSFETS, kas savienoti visos to avotos, lai ieviestu BPS dizainu.

Trešajā konfigurācijā ir parādīti divi N-kanālu MOSFET pievienoti notekas kanalizācijas kanāli, lai veiktu paredzēto divvirzienu vadīšanu.

Funkcijas pamatinformācija

Ņemsim piemēru no otrās konfigurācijas, kurā MOSFET ir savienoti ar to avotiem atpakaļ, iedomāsimies, ka pozitīvs spriegums tiek piemērots no 'A' un negatīvs uz 'B', kā parādīts zemāk:

Šajā gadījumā mēs varam redzēt, ka, lietojot vārtu spriegumu, strāvai no 'A' ir atļauts plūst caur kreiso MOSFET, tad caur labās puses MOSFET iekšējo uz priekšu novirzīto diode D2, un visbeidzot vadīšana ir pabeigta punktā 'B '.

Kad sprieguma polaritāte tiek mainīta no “B” uz “A”, MOSFET un to iekšējās diodes pagriež pozīcijas, kā parādīts šajā attēlā:

Iepriekš minētajā situācijā BPS labā puse MOSFET ieslēdzas kopā ar D1, kas ir kreisās puses MOSFET iekšējais ķermeņa diods, lai nodrošinātu vadīšanu no 'B' uz 'A'.

Diskrētu divvirzienu slēdžu izgatavošana

Tagad uzzināsim, kā divvirzienu slēdzi var izveidot, izmantojot atsevišķus komponentus paredzētajai divvirzienu komutācijas lietojumprogrammai.

Šī diagramma parāda pamata BPS ieviešanu, izmantojot P-kanālu MOSFET:

P-kanālu MOSFETS izmantošana

Ja punkts 'A' ir pozitīvs, kreisās puses ķermeņa diode uz priekšu kļūst neobjektīva un vada, kam seko labās puses p-MOSFET, lai pabeigtu vadīšanu punktā 'B'.

Ja punkts 'B' ir pozitīvs, pretējā pusē esošie komponenti kļūst aktīvi vadīšanai.

Apakšējā N kanāla MOSFET kontrolē BPS ierīces ieslēgšanas / izslēgšanas stāvokļus, izmantojot atbilstošas ​​ON / OFF vārtu komandas.

Rezistors un kondensators aizsargā BPS ierīces no iespējamās strāvas lēciena.

Tomēr P-kanāla MOSFET izmantošana nekad nav ideāls veids, kā ieviest BPS viņu augstā RDSon dēļ . Tāpēc, lai kompensētu siltumu un citas saistītās neefektivitātes, varētu būt nepieciešamas lielākas un dārgākas ierīces, salīdzinot ar N kanālu BPS dizainu.

Izmantojot N-Channel MOSFETS

Nākamajā dizainā mēs redzam ideālu veidu, kā ieviest BPS ķēdi, izmantojot N kanālu MOSFET.

Šajā diskrētajā divvirzienu slēdža ķēdē tiek izmantoti atpakaļ savienoti N-kanālu MOSFET. Šai metodei nepieciešama ārēja draivera ķēde, lai veicinātu divvirzienu enerģijas vadīšanu no A uz B un pretēji.

Schottky diodes BA159 tiek izmantotas, lai multipleksētu barošanu no A un B, lai aktivizētu uzlādes sūkņa ķēdi, lai lādēšanas sūknis spētu radīt nepieciešamo ieslēgšanas sprieguma daudzumu N-kanālu MOSFET.

Uzlādes sūkni varētu uzbūvēt, izmantojot standartu sprieguma divkāršotāja ķēde vai mazs palielināt pārslēgšanos ķēde.

Lādēšanas sūkņa optimālai darbināšanai tiek piemērots 3,3 V, savukārt Schottky diodes vārtu spriegumu iegūst tieši no attiecīgās ieejas (A / B), pat ja ieejas padeve ir tik zema kā 6 V. Pēc tam šo 6 V dubulto maksa par MOSFET vārtiem.

Apakšējais N kanāla MOSFET ir paredzēts divvirzienu slēdža ieslēgšanas / izslēgšanas pārslēgšanai atbilstoši vēlamajām specifikācijām.

Vienīgais N-kanāla MOSFET izmantošanas trūkums, salīdzinot ar iepriekš apspriesto P-kanālu, ir šie papildu komponenti, kas var patērēt papildu vietu PCB. Tomēr šo trūkumu atsver MOSFET zemais R (ieslēgts) un ļoti efektīva vadīšana, kā arī zemu izmaksu maza izmēra MOSFET.

Tas nozīmē, ka šis dizains arī nenodrošina efektīvu aizsardzību pret pārkaršanu, un tādēļ lieljaudas ierīcēm var tikt domātas pārāk lielas ierīces.

Secinājums

Divvirzienu slēdzi var diezgan viegli izveidot, izmantojot pāris savstarpēji savienotus MOSFET. Šos slēdžus var ieviest daudzām dažādām lietojumprogrammām, kurām nepieciešama divvirzienu slodzes pārslēgšana, piemēram, no maiņstrāvas avota.

Atsauces:

TPS2595xx, 2,7 V līdz 18 V, 4-A, 34 mΩ eFuse ar ātru pārsprieguma aizsardzības datu lapu

TPS2595xx Dizaina aprēķina rīks

E-drošinātāju ierīces