Двупосочен превключвател

В тази публикация научаваме за двупосочните превключватели на захранването MOSFET, които могат да се използват за управление на товар в две точки двупосочно. Това се прави просто чрез свързване на два N-канални или P-канални MOSFET-ове последователно назад към посочената линия на напрежение.

Какво е двупосочен превключвател

Двупосочният превключвател на захранването (BPS) е активно устройство, създадено с използване MOSFET или IGBT , който позволява двупосочен двупосочен поток на ток при включено захранване и блокира двупосочен поток от напрежение при изключено захранване.

Тъй като е в състояние да провежда и по двата начина, двупосочен превключвател може да бъде сравнен и символизиран като нормален Превключвател за включване / изключване както е показано по-долу:

Тук можем да видим, че положително напрежение се прилага в точка „А“ на превключвателя и отрицателен потенциал се прилага в точка „В“, което позволява на тока да тече през „А“ до „В“. Действието може да се обърне, като просто се промени полярността на напрежението. Това означава, че точките „A“ и „B“ на BPS могат да се използват като взаимозаменяеми входно-изходни терминали.

Най-добрият пример за приложение на BPS може да се види във всички MOSFET базирани реклами SSR дизайни .

Характеристики

В Силова електроника , характеристиките на двупосочен превключвател (BPS) се дефинират като превключвател с четири квадранта, който има способността да провежда положителен или отрицателен ток в състояние ON, а също така да блокира положителен или отрицателен ток в състояние OFF. Диаграмата за включване / изключване на четири квадранта за BPS е показана по-долу.

В горната диаграма квадрантите са обозначени в зелен цвят, което показва състоянието на включване на устройствата, независимо от полярността на захранващия ток или формата на вълната.

В горната диаграма червената права линия показва, че BPS устройствата са в изключено състояние и не предлагат абсолютно никаква проводимост, независимо от полярността на напрежението или формата на вълната.

Основни характеристики, които трябва да има BPS

• Устройството за двупосочно превключване трябва да бъде силно приспособимо, за да позволява лесно и бързо провеждане на мощност от двете страни, което е през А до В и В до А.
• Когато се използва в DC приложение, BPS трябва да показва минимално съпротивление на състоянието (Ron) за подобрено регулиране на напрежението на товара.
• BPS системата трябва да бъде оборудвана с подходяща защитна схема, за да издържи на внезапно изтичане на ток по време на промяна на полярността или при относително високи условия на околната температура.

Конструкция на двупосочен превключвател

Двупосочен превключвател се конструира чрез свързване на MOSFET или IGBT обратно в серия последователно, както е показано на следващите фигури.

Тук можем да станем свидетели на три основни метода, чрез които може да се конфигурира двупосочен превключвател.

В първата диаграма са конфигурирани два P-канални MOSFET, като източниците им са свързани помежду си.

Във втората диаграма могат да се видят два N-канални MOSFETS, свързани през техните източници за изпълнение на BPS дизайн.

В третата конфигурация, два N-канални MOSFET са показани прикрепен дренаж към дренаж за изпълнение на предвидената двупосочна проводимост.

Основни подробности за функционирането

Да вземем примера с втората конфигурация, в която MOSFET-ите са свързани с техните източници гръб назад, да си представим, че положителното напрежение се прилага от „A“ и отрицателното към „B“, както е показано по-долу:

В този случай можем да видим, че когато се прилага напрежението на затвора, токът от „A“ се оставя да тече през левия MOSFET, след това през вътрешния пристрастен диод D2 от дясната MOSFET и накрая проводимостта завършва в точка „B '.

Когато полярността на напрежението се обърне от „B“ на „A“, MOSFET-ите и техните вътрешни диоди обръщат своите позиции, както е показано на следната илюстрация:

В горната ситуация десният MOSFET на BPS се включва заедно с D1, който е вътрешният диод на тялото от лявата страна MOSFET, за да позволи провеждането от „B“ до „A“.

Изработване на дискретни двупосочни превключватели

Сега нека научим как двупосочен превключвател може да бъде изграден с помощта на дискретни компоненти за предвиденото двупосочно превключващо приложение.

Следващата диаграма показва основната реализация на BPS, използвайки P-канални MOSFETs:

Използване на P-Channel MOSFETS

Когато точка „А“ е положителна, диодът от лявата страна на тялото се пристрасти напред и провежда, последван от дясната страна p-MOSFET, за да завърши проводимостта в точка „В“.

Когато точка „В“ е положителна, съответните компоненти от противоположната страна стават активни за проводимостта.

Долният N-канален MOSFET контролира състоянията за включване / изключване на BPS устройството чрез подходящи команди за включване / изключване на порта.

Резисторът и кондензаторът предпазват BPS устройствата от възможен импулсен ток.

Използването на P-канал MOSFET обаче никога не е идеалният начин за внедряване на BPS поради високия им RDSon . Следователно това може да изисква по-големи и по-скъпи устройства, за да компенсират топлината и други свързани неефективност, в сравнение с базирания на N-канал BPS дизайн.

Използване на N-Channel MOSFETS

В следващия дизайн виждаме идеален начин за внедряване на BPS схема, използваща N-канални MOSFET.

В тази дискретна двупосочна верига на превключватели се използват MOSFET-та, свързани с N-канал, свързани назад. Този метод изисква външна схема на драйвер за улесняване на двупосочната проводимост на мощността от А до В и обратно.

Диодите на Шотки BA159 се използват за мултиплексиране на захранванията от A и B за активиране на веригата на зарядната помпа, така че зарядната помпа да е в състояние да генерира необходимото количество включено напрежение за N-каналните MOSFETs.

Помпата за зареждане може да бъде изградена по стандарт верига за удвояване на напрежение или малка превключване на усилването верига.

3.3 V се прилага за оптимално захранване на зарядната помпа, докато диодите на Schottky извеждат напрежението на затвора директно от съответния вход (A / B), дори ако входното захранване е само 6 V. Тези 6 V се удвояват от заредете Ump за MOSFET портите.

Долният N-канален MOSFET е за управление на ВКЛ / ИЗКЛЮЧВАНЕ на двупосочния превключвател според желаните спецификации.

Единственият недостатък на използването на N-канален MOSFET в сравнение с обсъждания по-рано P-канал са тези допълнителни компоненти, които могат да консумират допълнително място на печатната платка. Този недостатък обаче е превъзхождан от ниското R (включено) на MOSFET и високоефективната проводимост, както и евтините малки MOSFET транзистори.

Въпреки това, този дизайн също така не осигурява никаква ефективна защита срещу прегряване и следователно извънгабаритни устройства могат да бъдат разгледани за приложения с висока мощност.

Заключение

Двупосочен превключвател може да бъде доста лесно изграден, като се използват двойно свързани към MOSFET транзистори. Тези превключватели могат да бъдат приложени за много различни приложения, които изискват двупосочно превключване на товара, например от източник на променлив ток.

Препратки:

TPS2595xx, 2,7 V до 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse с бърз лист за защита от пренапрежение

Инструмент за изчисляване на дизайна TPS2595xx

Устройства с електронни предпазители