Kaksisuuntainen kytkin

Tässä viestissä opit MOSFET-kaksisuuntaisista virtakytkimistä, joita voidaan käyttää kuorman käyttämiseen kahden pisteen yli kaksisuuntaisesti. Tämä tehdään yksinkertaisesti yhdistämällä kaksi N-kanavaista tai P-kanavaista MOSFET-laitetta taaksepäin sarjaan määritetyn jännitelinjan kanssa.

Mikä on kaksisuuntainen kytkin

Kaksisuuntainen virtakytkin (BPS) on aktiivinen laite, joka on rakennettu käyttämällä MOSFETit tai IGBT: t , joka sallii kaksisuuntaisen kaksisuuntaisen virran virran ollessa päällä ja estää kaksisuuntaisen jännitteen virtauksen, kun virta kytketään pois päältä.

Koska se pystyy johtamaan molemmilla tavoilla, kaksisuuntaista kytkintä voidaan verrata ja symboloida normaalina On / off kytkin kuten alla:

Tässä voimme nähdä, että positiivinen jännite syötetään kytkimen pisteeseen A ja negatiivinen potentiaali pisteeseen B, mikä sallii virran kulkevan A: n ja B: n välillä. Toiminta voidaan kääntää yksinkertaisesti muuttamalla jännitteen napaisuutta. Tarkoituksena on, että BPS: n pisteitä A ja B voidaan käyttää vaihdettavina tulo- / lähtöliittiminä.

Paras sovellusesimerkki BPS: stä voidaan nähdä kaikissa MOSFET-pohjaisissa mainoksissa SSR-mallit .

Ominaisuudet

Sisään Tehoelektroniikka , kaksisuuntaisen kytkimen (BPS) ominaisuudet määritellään neljän kvadrantin kytkimeksi, jolla on kyky johtaa positiivista tai negatiivista virtaa ON-tilassa, ja estää myös positiivisen tai negatiivisen virran OFF-tilassa. Neljän kvadrantin ON / OFF-kaavio BPS: lle on esitetty alla.

Yllä olevassa kaaviossa kvadrantit on merkitty vihreällä värillä, joka osoittaa laitteiden ON-tilan syöttövirran napaisuudesta tai aaltomuodosta riippumatta.

Yllä olevassa kaaviossa punainen suora viiva osoittaa, että BPS-laitteet ovat OFF-tilassa ja eivät tarjoa lainkaan johtavuutta jännitteen tai aaltomuodon napaisuudesta riippumatta.

Tärkeimmät ominaisuudet, jotka BPS: llä pitäisi olla

• Kaksisuuntaisen kytkinlaitteen on oltava erittäin mukautuva, jotta sähkön johtaminen on helppoa ja nopeaa molemmilta puolilta, toisin sanoen A: sta B: hen ja B: stä A: han.
• Kun sitä käytetään tasasovelluksessa, BPS: llä on oltava vähimmäistilavastus (Ron), jotta kuorman jännitesäätö paranee.
• BPS-järjestelmässä on oltava asianmukainen suojapiiri, jotta se kestää äkillisen käynnistysvirran napaisuuden muutoksen tai suhteellisen korkean ympäristön lämpötilan aikana.

Kaksisuuntaisen kytkimen rakenne

Kaksisuuntainen kytkin rakennetaan liittämällä MOSFETit tai IGBT: t taaksepäin sarjaan seuraavien kuvien mukaisesti.

Tässä voimme todistaa kolme perustavaa tapaa, joilla kaksisuuntainen kytkin voidaan konfiguroida.

Ensimmäisessä kaaviossa on konfiguroitu kaksi P-kanavan MOSFET-laitetta lähteineen kytkettynä toisiinsa.

Toisessa kaaviossa voidaan nähdä kaksi N-kanavan MOSFET-laitetta yhdistettynä niiden lähteisiin BPS-suunnittelun toteuttamiseksi.

Kolmannessa kokoonpanossa näytetään kaksi N-kanavan MOSFET-laitetta, jotka on kiinnitetty tyhjenemään suunnitellun kaksisuuntaisen johtamisen suorittamiseksi.

Perustoiminnot

Otetaan esimerkki toisesta kokoonpanosta, jossa MOSFETit liitetään lähteineen takaisin taaksepäin, kuvitellaanpa, että positiivista jännitettä käytetään A: sta ja negatiivista kohtaan B, kuten alla on esitetty:

Tässä tapauksessa voimme nähdä, että kun hilajännitettä käytetään, virran 'A: sta' saa kulkea vasemman MOSFETin läpi, sitten oikeanpuoleisen MOSFETin sisäisen eteenpäin esijännitetyn diodin D2 läpi, ja lopulta johtuminen päättyy pisteeseen 'B '.

Kun jännitteen napaisuus muutetaan B: stä A: ksi, MOSFETit ja niiden sisäiset diodit kääntävät sijaintinsa seuraavan kuvan mukaisesti:

Edellä mainitussa tilanteessa BPS: n oikeanpuoleinen MOSFET kytkeytyy PÄÄLLE yhdessä D1: n kanssa, joka on vasemmanpuoleisen MOSFETin sisäinen runkodiodi, johtamisen mahdollistamiseksi B: stä A: han.

Erillisten kaksisuuntaisten kytkimien tekeminen

Nyt opitaan, kuinka kaksisuuntainen kytkin voidaan rakentaa erillisillä komponenteilla tarkoitetulle kaksisuuntaiselle kytkentäsovellukselle.

Seuraava kaavio näyttää BPS: n perustoteutuksen P-kanavan MOSFET-laitteilla:

P-kanavan MOSFETS-sovellusten käyttö

Kun piste A on positiivinen, vasemman puolen kehodiodi siirtyy eteenpäin esijännitetysti ja johtaa, jota seuraa oikean puolen p-MOSFET, johtamisen loppuunsaattamiseksi pisteessä B.

Kun piste 'B' on positiivinen, vastakkaisella puolella olevat komponentit aktivoituvat johtamiseen.

Alempi N-kanavainen MOSFET ohjaa BPS-laitteen ON / OFF-tiloja sopivilla ON / OFF-porttikomennoilla.

Vastus ja kondensaattori suojaavat BPS-laitteita mahdolliselta kiireelliseltä ylijännitteeltä.

P-kanavan MOSFETin käyttö ei kuitenkaan ole koskaan ihanteellinen tapa toteuttaa BPS korkean RDSon-arvonsa vuoksi . Siksi nämä saattavat vaatia suurempia ja kalliimpia laitteita kompensoimaan lämpöä ja muita siihen liittyviä tehottomuutta verrattuna N-kanavapohjaiseen BPS-suunnitteluun.

N-kanavan MOSFETS-sovelluksen käyttö

Seuraavassa suunnitelmassa näemme ihanteellisen tavan toteuttaa BPS-piiri käyttämällä N-kanavan MOSFET-laitteita.

Tässä erillisessä kaksisuuntaisessa kytkinpiirissä käytetään takaisin taaksepäin kytkettyjä N-kanavaisia ​​MOSFET-laitteita. Tämä menetelmä vaatii ulkoisen ohjainpiirin kaksisuuntaisen tehon johtamisen helpottamiseksi A: sta B: hen ja taaksepäin.

Schottky-diodeja BA159 käytetään multipleksoimaan lähteet A: sta ja B: stä latauspumppupiirin aktivoimiseksi, jotta latauspumppu pystyy tuottamaan tarvittavan määrän ON-jännitettä N-kanavaisille MOSFET-laitteille.

Latauspumppu voidaan rakentaa standardilla jännitteen kaksinkertaistinpiiri tai pieni tehostuskytkentä piiri.

3,3 V: ta käytetään latauspumpun optimaaliseen virtalähteeseen, kun taas Schottky-diodit johtavat hilajännitteen suoraan vastaavasta tulosta (A / B), vaikka tulonsyöttö olisi vain 6 V. MOSFET-porttien latausmaksu.

Alempi N-kanavainen MOSFET on tarkoitettu kaksisuuntaisen kytkimen ON / OFF-kytkennän ohjaamiseen haluttujen määritysten mukaisesti.

Ainoa haitta N-kanavan MOSFET: n käytöstä verrattuna aiemmin käsiteltyyn P-kanavaan ovat nämä ylimääräiset komponentit, jotka saattavat kuluttaa ylimääräistä tilaa piirilevyllä. Tämä haitta on kuitenkin suurempi kuin MOSFET-laitteiden alhainen R (päällä) ja erittäin tehokas johtuminen sekä edulliset pienikokoiset MOSFET-laitteet.

Tämä muotoilu ei myöskään tarjoa mitään tehokasta suojaa ylikuumenemista vastaan, ja siksi suuritehoisia laitteita voidaan harkita suuritehoisissa sovelluksissa.

Johtopäätös

Kaksisuuntainen kytkin voidaan rakentaa melko helposti käyttämällä pari taaksepäin kytkettyä MOSFETiä. Nämä kytkimet voidaan toteuttaa monille erilaisille sovelluksille, jotka vaativat kuorman kaksisuuntaisen kytkennän, kuten vaihtovirtalähteestä.

Viitteet:

TPS2595xx, 2,7 V - 18 V, 4-A, 34 mΩ eFuse, nopea ylijännitesuoja

TPS2595xx Suunnittelulaskentatyökalu

E-sulakelaitteet