P-kanālu MOSFET ieviešana H-tilta ķēdē var izskatīties viegli un vilinoši, tomēr optimālas reakcijas sasniegšanai var būt nepieciešami daži stingri aprēķini un parametri.
P-kanālu MOSFET parasti tiek ieviesti slodzes ieslēgšanai / izslēgšanai. P-kanālu opciju ērtā izmantošana augstajā pusē ļauj tām būt ļoti ērtām lietojumprogrammām, piemēram, zemsprieguma piedziņām (H-Bridge Networks) un neizolētām slodzes punktiem (Buck Converter), kā arī lietojumprogrammās, kurās telpa ir kritisks ierobežojums.
Galvenais P-kanāla MOSFET ieguvums ir ekonomiskā vārtu braukšanas stratēģija ap augsto sānu slēdža stāvokli un parasti palīdz sistēmu padarīt ļoti rentablu.
Šajā rakstā mēs izpētām P-kanālu MOSFET izmantošanu kā augstu sānu slēdzi H-Bridge lietojumprogrammām
P-kanāls pret N-kanālu plusi un mīnusi
Kad izmanto augstā sānu slēdža lietojumprogrammā N-kanāla MOSFET avota spriegumam ir palielināts potenciāls attiecībā pret zemi.
Tādēļ šeit N kanāla MOSFET darbībai ir nepieciešams neatkarīgs vārtu draiveris, piemēram, sāknēšanas ķēde vai iekārta, kas ietver impulsa transformatora posmu.
Šie draiveri pieprasa atsevišķu enerģijas avotu, savukārt transformatora slodze dažkārt var nonākt nesaderīgos apstākļos.
No otras puses, iespējams, ka tā nav P kanāla MOSFET. Jūs varat viegli vadīt P-kanāla augsto sānu slēdzi, izmantojot parasto līmeņa pārslēga ķēdi (sprieguma līmeņa mainītāju). Tā sasniegšana racionalizē ķēdi un efektīvi samazina visas izmaksas.
To sakot, šeit jāņem vērā tas, ka var būt ārkārtīgi grūti sasniegt identisko RDS (ieslēgts)efektivitāte P kanāla MOSFET atšķirībā no N kanāla, izmantojot līdzīgu mikroshēmas izmēru.
Sakarā ar to, ka nesēju plūsma N kanālā ir apmēram 2 līdz 3 reizes lielāka nekā P kanālam, tieši tam pašam RDS (ieslēgts)diapazonā P-kanāla ierīcei jābūt 2 līdz 3 reizes lielākai nekā tās N-kanāla kolēģim.
Lielāks iepakojuma lielums samazina P-kanāla ierīces termisko pielaidi un palielina tā pašreizējās specifikācijas. Tas proporcionāli ietekmē arī tā dinamisko efektivitāti, jo ir palielināts lietu lielums.
Tāpēc zemas frekvences pielietojumā, kurā vadīšanas zudumi mēdz būt lieli, P kanāla MOSFET jābūt RDS (ieslēgts)kas atbilst N kanāla kanālam. Šādā situācijā P kanāla MOSFET iekšējam reģionam jābūt lielākam par N kanāla reģionam.
Turklāt augstas frekvences lietojumos, kur pārslēgšanās zudumi parasti ir lieli, P-kanāla MOSFET vārtu lādiņu vērtībai jābūt salīdzināmai ar N-kanālu.
Šādos gadījumos P kanāla MOSFET izmērs varētu būt vienāds ar N kanālu, bet ar samazinātu strāvas specifikāciju, salīdzinot ar N kanāla alternatīvu.
Līdz ar to piesardzīgi jāizvēlas ideāls P kanāla MOSFET, ņemot vērā pareizo RDS (ieslēgts)un vārtu maksas specifikācijas.
Kā izvēlēties P-kanāla MOSFET lietojumprogrammai
Ir daudzas komutācijas lietojumprogrammas, kurās P kanālu MOSFET var efektīvi pielietot, piemēram, zemsprieguma piedziņas un neizolēti slodzes punkti.
Šāda veida lietojumos izšķirošās vadlīnijas, kas regulē MOSFET izvēli, parasti ir ierīces ieslēgšanas pretestība (RDS (ieslēgts)) un vārtu lādiņu (QG). Jebkuram no šiem mainīgajiem ir lielāka nozīme, pamatojoties uz komutācijas biežumu lietojumprogrammā.
Lai izmantotu zemsprieguma piedziņas tīklos, piemēram, pilna tilta vai B6 tilta (3 fāžu tilts) konfigurācijā, parasti tiek izmantoti N kanālu MOSFET ar motoru (slodze) un līdzstrāvas padevi.
N-kanālu ierīču pozitīvo aspektu kompromitējošais faktors ir lielāka sarežģītība vārtu draiveru projektēšanā.
N-kanāla augstā sānu slēdža vārtu vadītājam ir nepieciešama a bootstrap ķēde kas rada vārtu spriegumu, kas ir lielāks par motora sprieguma padeves sliedi, vai pārmaiņus neatkarīgu barošanas avotu, lai to ieslēgtu. Palielināta dizaina sarežģītība parasti noved pie lielāka projektēšanas darba un lielākas montāžas platības.
Zemāk redzamais attēls parāda atšķirību starp ķēdi, kas izveidota, izmantojot papildu P un N kanālu MOSFET, un ķēdi, kurā ir tikai 4 N kanālu MOSFET.
Izmantojot tikai 4 N kanālu MOSFETS
Šajā izkārtojumā, ja augstais sānu slēdzis ir veidots ar P-kanālu MOSFET, draivera dizains ārkārtīgi vienkāršo izkārtojumu., Kā parādīts zemāk:
P un N kanālu MOSFET izmantošana
Nepieciešamība pēc bootstrapped lādēšanas sūknis ir izslēgts, lai pārslēgtu augsto sānu slēdzi. Šeit to var vienkārši vadīt tieši ar ieejas signālu un caur līmeņa pārslēdzēju (3V līdz 5V pārveidotājs vai 5V līdz 12V pārveidotāja posms).
P-kanālu MOSFET atlase lietojumprogrammu pārslēgšanai
Parasti zemsprieguma piedziņas sistēmas darbojas ar komutācijas frekvencēm diapazonā no 10 līdz 50kHz.
Šajos diapazonos gandrīz visa MOSFET jaudas izkliede notiek ar vadīšanas zudumiem, pateicoties motora lielajām strāvas specifikācijām.
Tādēļ šādos tīklos P kanāla MOSFET ar atbilstošu RDS (ieslēgts)jāizvēlas, lai sasniegtu optimālo efektivitāti.
To varēja saprast, aplūkojot 30 W zemsprieguma piedziņas, kas darbojas ar 12 V akumulatoru, ilustrāciju.
Augstas puses P-kanāla MOSFET mums var būt pāris iespējas - viena, kurai ir ekvivalents RDS (ieslēgts)salīdzināms ar zemās puses N kanālu, bet otram - ar salīdzināmu vārtu maksu.
Nākamajā tabulā ir parādīti komponenti, kas piemērojami pilna tilta zemsprieguma piedziņai ar salīdzināmu RDS (ieslēgts)un ar identiskiem vārtu lādiņiem kā N-kanālu MOSFET zemajā pusē.
Iepriekš sniegtā tabula, kurā attēloti MOSFET zudumi konkrētajā lietojumā, atklāj, ka kopējos jaudas zudumus regulē vadīšanas zudumi, kas pierādīti nākamajā sektoru diagrammā.
Turklāt izskatās, ka, ja priekšroka dodama P-kanāla MOSFET ar salīdzināmu vārtu maksu kā N-kanālam, komutācijas zudumi būs identiski, bet vadīšanas zudumi, iespējams, var būt pārmērīgi lieli.
Tāpēc zemas komutācijas lietojumprogrammām ar zemākām frekvencēm augstās puses P-kanāla MOSFET vajadzētu būt ar salīdzināmu R DS (ieslēgts) tāpat kā zemās malas N kanālam.
Neizolēts kravas punkts (POL)
Neizolēts slodzes punkts ir pārveidotāja topoloģija, piemēram, buck pārveidotājos, kur izeja nav izolēta no ieejas, atšķirībā no Flyback modeļi kur ieejas un izejas posmi ir pilnībā izolēti.
Šādiem mazjaudas neizolētiem slodzes punktiem, kuru izejas jauda ir mazāka par 10W, ir viena no lielākajām projektēšanas grūtībām. Izmēram jābūt minimālam, vienlaikus saglabājot apmierinošu efektivitāti.
Viens populārs veids, kā samazināt pārveidotāja izmēru, ir izmantot N-kanālu mosfet kā augsto sānu draiveri un palielināt darbības frekvenci līdz ievērojami augstākam līmenim. Ātrāka pārslēgšana ļauj izmantot daudz samazinātu induktora izmēru.
Šāda veida shēmās sinhronai rektifikācijai bieži tiek ieviestas Schottky diodes, taču MOSFET tā vietā neapšaubāmi ir labāka iespēja, jo MOSFET sprieguma kritums parasti ir ievērojami zemāks nekā diode.
Vēl viena vietas taupīšanas pieeja būtu augsto sānu N kanālu MOSFET aizstāt ar P kanālu.
P-kanālu metode atbrīvojas no sarežģītas papildu shēmas vārtu vadīšanai, kas kļūst nepieciešams N-kanālu MOSFET augstajā pusē.
Zemāk redzamā diagramma parāda spilgtuma pārveidotāja, kura augstajā pusē ir ieviests P-kanāla MOSFET, konstrukciju.
Parasti pārslēgšanās frekvences neizolētās Point of Load lietojumprogrammās, visticamāk, būs tuvu 500kHz vai pat reizēm pat līdz 2MHz.
Pretrunā ar iepriekšējām dizaina koncepcijām galvenais zaudējums šādās frekvencēs izrādās pārslēgšanās zudums.
Zemāk redzamais attēls norāda zaudējumus no MOSFET 3 vatu neizolētā slodzes punkta lietojumprogrammā, kas darbojas ar komutācijas frekvenci 1MHz.
Tādējādi tas parāda vārtu lādiņa līmeni, kas jānorāda P kanālam, kad tas ir izvēlēts augstas sānu lietojumam, attiecībā pret augstas sānu N kanāla ierīci.
Secinājums
P-kanāla MOSFET izmantošana, bez šaubām, dod jums dizaineriem priekšrocības attiecībā uz mazāk sarežģītu, uzticamāku un uzlabotu konfigurāciju.
Tas attiecas uz konkrētu lietojumu, kompromiss starp RDS (ieslēgts)un QGbūtu nopietni jānovērtē, izvēloties P-kanālu MOSFET. Tas ir paredzēts, lai nodrošinātu, ka p-kanāls spēj piedāvāt optimālu veiktspēju tāpat kā tā n-kanāla variants.
Pieklājība: Infineon
Pāri: Kā labot odu slaucīšanas sikspārņus Nākamais: Pašapkalpošanās ģeneratora izgatavošana
