Kétirányú kapcsoló

Ebben a bejegyzésben megismerhetjük a MOSFET kétirányú tápkapcsolókat, amelyek két terhelés kétirányú mozgatására használhatók. Ez egyszerűen úgy történik, hogy két N-csatornás vagy P-csatornás MOSFET-et sorba kapcsolunk egymáshoz a megadott feszültségvezetékkel.

Mi a kétirányú kapcsoló

A kétirányú tápkapcsoló (BPS) egy aktív eszköz, amely felhasználásával épült MOSFET vagy IGBT , amely bekapcsolt állapotban kétirányú kétirányú áramot tesz lehetővé, és kikapcsolt állapotban blokkolja a kétirányú feszültségáramlást.

Mivel mindkét irányban képes vezetni, a kétirányú kapcsoló normálként összehasonlítható és szimbolizálható BE / KI kapcsoló az alábbiak szerint:

Itt láthatjuk, hogy a kapcsoló „A” pontjában pozitív feszültséget alkalmazunk, a „B” pontban negatív potenciált alkalmazunk, amely lehetővé teszi az áram „A” és „B” közötti áramlását. A művelet megfordítható a feszültség polaritásának egyszerű megváltoztatásával. Ez azt jelenti, hogy a BPS „A” és „B” pontjai felcserélhető bemeneti / kimeneti terminálként használhatók.

A BPS legjobb alkalmazási példája az összes MOSFET alapú reklámban látható SSR tervek .

Jellemzők

Ban ben Power Electronics , a kétirányú kapcsoló (BPS) jellemzőit négy kvadráns kapcsolóként határozzuk meg, amelyek képesek pozitív vagy negatív áram vezetésére ON állapotban, és blokkolják a pozitív vagy negatív áramot OFF állapotban is. Az alábbiakban a BPS négykvadránsos ON / OFF diagramja látható.

A fenti ábrán a kvadránsok zöld színnel vannak feltüntetve, amely a készülékek ON állapotát jelzi, függetlenül a tápfeszültség polaritásától vagy a hullámformától.

A fenti ábrán a piros egyenes jelzi, hogy a BPS eszközök kikapcsolt állapotban vannak, és a feszültség polaritásától vagy a hullámformától függetlenül semmilyen vezetést nem nyújtanak.

Fő jellemzők, amelyeknek a BPS-nek rendelkeznie kell

• A kétirányú kapcsolókészüléknek erősen alkalmazkodónak kell lennie annak érdekében, hogy mindkét oldalon, az A-tól B-ig és B-től A-ig könnyen és gyorsan áramot lehessen vezetni.
• DC-alkalmazás esetén a BPS-nek minimális állapot-ellenállással kell rendelkeznie (Ron) a terhelés jobb feszültségszabályozásához.
• A BPS rendszert megfelelő védelmi áramkörrel kell ellátni, hogy ellenálljon a hirtelen beinduló áramnak a polaritásváltozás vagy viszonylag magas környezeti hőmérsékleti viszonyok között.

Kétirányú kapcsolószerkezet

Kétirányú kapcsoló úgy van kialakítva, hogy a MOSFET-eket vagy az IGBT-ket sorba kapcsolják egymás után, az alábbi ábrák szerint.

Itt három alapvető módszernek lehetünk tanúi, amelyek segítségével kétirányú kapcsoló konfigurálható.

Az első ábrán két P-csatornás MOSFET van konfigurálva, amelyek forrásai egymáshoz vannak kapcsolva.

A második ábrán két N-csatornás MOSFET látható a forrásukon keresztül összekötve egy BPS tervezés megvalósításához.

A harmadik konfigurációban két N-csatornás MOSFET látható csatolt lefolyóval a lefolyáshoz a tervezett kétirányú vezetés végrehajtásához.

Alapvető működési részletek

Vegyük a példát a második konfigurációra, amelyben a MOSFET-eket egymáshoz kapcsolják a forrásaikkal, képzeljük el, hogy pozitív feszültséget alkalmazunk A-tól, negatívat pedig B-ig, az alábbiak szerint:

Ebben az esetben láthatjuk, hogy a kapu feszültségének alkalmazásakor az 'A' áramának átfolyik a bal MOSFET-en, majd a jobb oldali MOSFET D2 belső előre előfeszített diódáján, és végül a vezetés befejeződik a 'B ponton '.

Amikor a feszültség polaritása „B” -ről „A” -ra vált, a MOSFET-ek és belső diódáik megfordítják helyzetüket az alábbi ábra szerint:

A fenti helyzetben a BPS jobb oldali MOSFET-je bekapcsol, és a D1, amely a bal oldali MOSFET belső testdiódája, lehetővé téve a vezetést „B” -től „A” -ig.

Diszkrét kétirányú kapcsolók készítése

Most megtudhatjuk, hogyan lehet egy kétirányú kapcsolót különálló komponensekkel felépíteni egy tervezett kétirányú kapcsolási alkalmazáshoz.

Az alábbi ábra bemutatja az alapvető BPS megvalósítást P-csatornás MOSFET-ek használatával:

A P-Channel MOSFETS használata

Ha az „A” pont pozitív, a bal oldali testdióda előre torzul és vezet, majd a jobb oldali p-MOSFET követi a vezetést a „B” pontban.

Ha a „B” pont pozitív, akkor az ellenkező oldalon lévő komponensek aktívvá válnak a vezetéshez.

Az alsó N-csatornás MOSFET a BPS eszköz ON / OFF állapotát vezérli megfelelő ON / OFF kapu parancsokkal.

Az ellenállás és a kondenzátor megvédi a BPS eszközöket az esetleges rohamáram-túlfeszültségektől.

A P-csatornás MOSFET használata azonban soha nem az ideális módszer a BPS megvalósításához magas RDSonjuk miatt . Ezért ezekhez nagyobb és költségesebb eszközökre lehet szükség, hogy kompenzálják a hőt és az egyéb kapcsolódó hatékonyságokat az N-csatornás BPS tervezéshez képest.

N-csatornás MOSFETS használata

A következő tervben egy BPS áramkör megvalósításának ideális módját látjuk N-csatornás MOSFET-ek segítségével.

Ebben a diszkrét kétirányú kapcsoló áramkörben háttal-hátra csatlakoztatott N-csatornás MOSFET-eket használnak. Ez a módszer külső meghajtó áramkört igényel a kétirányú áramvezetés megkönnyítésére A-ból B-be és hátramenetben.

A BA159 Schottky diódákat az A és B tápegységek multiplexelésére használják a töltőszivattyú áramkörének aktiválásához, így a töltőszivattyú képes előállítani az N-csatornás MOSFET-ekhez szükséges bekapcsolási feszültséget.

A töltőszivattyút szabvány szerint lehetne megépíteni feszültségkettős áramkör vagy egy kicsi lendületváltás áramkör.

A 3,3 V-ot a töltőszivattyú optimális táplálásához kell használni, míg a Schottky-diódák a kapu feszültségét közvetlenül a megfelelő bemenetről (A / B) nyerik, még akkor is, ha a bemeneti tápellátás 6 V-nál alacsonyabb. Ezt a 6 V-ot ezután megduplázza töltési díj a MOSFET kapukért.

Az alsó N-csatornás MOSFET a kétirányú kapcsoló ON / OFF kapcsolásának vezérlésére szolgál a kívánt specifikációk szerint.

Az N-csatornás MOSFET használatának egyetlen hátránya a korábban tárgyalt P-csatornához képest ezek az extra komponensek, amelyek extra helyet igényelhetnek a NYÁK-n. Ezt a hátrányt azonban ellensúlyozza a MOSFET-ek alacsony R (be) értéke és a rendkívül hatékony vezetés, valamint az alacsony költségű, kis méretű MOSFET-ek.

Ennek ellenére ez a kialakítás nem nyújt hatékony védelmet a túlmelegedés ellen, ezért nagy teljesítményű alkalmazásoknál mérlegelni lehet a túlméretezett eszközöket.

Következtetés

Kétirányú kapcsoló meglehetősen könnyen felépíthető pár egymáshoz csatlakoztatott MOSFET-ek használatával. Ezek a kapcsolók sokféle alkalmazáshoz megvalósíthatók, amelyekhez a terhelés kétirányú kapcsolására van szükség, például váltakozó áramú forrásból.

Referenciák:

TPS2595xx, 2,7 V - 18 V, 4-A, 34 mΩ eFuse gyors túlfeszültség-védelmi adatlapon

TPS2595xx Tervező számítási eszköz

E-biztosíték eszközök