P-Channel MOSFET в H-Bridge приложения

P-Channel MOSFET в H-Bridge приложения

Внедряването на P-канални MOSFET транзистори във верига H-мост може да изглежда лесно и примамливо, но може да изисква някои строги изчисления и параметри за постигане на оптимална реакция.



P-каналните MOSFET транзистори обикновено се изпълняват за включване / изключване на натоварването. Лесното използване на опциите на P-канала от високата страна им позволява да бъдат много удобни за приложения като нисковолтови устройства (H-Bridge Networks) и неизолирани Point of Loads (Buck Converters) и в приложения, в които пространството е критично ограничение.

Ключовото предимство на P-каналния MOSFET е икономичната стратегия за задвижване на портата около високата позиция на страничния превключвател и като цяло помага да се направи системата много рентабилна.





В тази статия изследваме използването на P-канални MOSFET-и като висок страничен превключвател за приложения на H-Bridge

P-канал срещу N-канал за и против

Кога използва се в приложение за страничен превключвател източникът на напрежение на N-канален MOSFET е с повишен потенциал по отношение на земята.



Следователно, при експлоатация на N-канален MOSFET е необходим независим драйвер на порта, като верига за зареждане или устройство, включващо стъпало на импулсен трансформатор.

Тези драйвери изискват отделен източник на енергия, докато натоварването на трансформатора понякога може да премине през несъвместими обстоятелства.

От друга страна, това може да не е ситуацията с P-канал MOSFET. Можете лесно да управлявате P-канален превключвател с висока страна, като използвате обикновена верига за превключване на нивото (превключвател на нивото на напрежението). Постигането на това рационализира веригата и ефективно намалява общите разходи.

Като каза това, въпросът, който трябва да се вземе предвид тук, е, че може да бъде изключително трудно да се постигне идентичното RDS (включен)ефективност за P-канален MOSFET за разлика от N-канал, използващ подобно измерение на чипа.

Поради факта, че потокът на носителите в N-канал е около 2 до 3 пъти по-голям от този на P-канал, за точно същия RDS (включен)обхватът на P-каналното устройство трябва да бъде 2 до 3 пъти по-голям по размер от неговия N-канален аналог.

По-големият размер на опаковката води до намаляване на термичния толеранс на P-каналното устройство и също така увеличава настоящите му спецификации. Това също влияе пропорционално на динамичната му ефективност поради увеличения размер на кутията.

Следователно, в нискочестотно приложение, при което загубите на проводимост са склонни да бъдат високи, P-канален MOSFET трябва да има RDS (включен)съответстваща на тази на N-канал. В такава ситуация вътрешният регион на P-канала MOSFET трябва да бъде по-голям от този на N-канала.

Освен това, при приложения с висока честота, при които загубите от превключване обикновено са високи, P-канален MOSFET трябва да притежава стойност на зарядите на порта, сравнима с N-канала.

В случаи като този, размерът на P-канала MOSFET може да бъде наравно с N-канала, но с намалена токова спецификация в сравнение с алтернатива на N-канал.

Следователно, идеалният P-канал MOSFET трябва да бъде внимателно избран, като се вземе предвид правилното RDS (включен)и спецификации за зареждане на порта.

Как да изберете P-канален MOSFET за приложение

Има многобройни комутационни приложения, при които P-канален MOSFET може да бъде ефективно приложен, например нисковолтови задвижвания и неизолирани Point of Loads.

При тези видове приложения решаващите насоки, регулиращи избора на MOSFET, обикновено са съпротивление при включване на устройството (RDS (включен)) и таксата за порта (QG). Всяка една от тези променливи води до по-голямо значение въз основа на честотата на превключване в приложението.

За прилагане в мрежи с ниско напрежение, като конфигурация с пълен мост или B6 мост (3-фазен мост), често се използват N-каналните MOSFET с мотор (товар) и DC захранване.

Компрометиращият фактор за положителните аспекти, представени от N-каналните устройства, е по-високата сложност в дизайна на порталния драйвер.

Драйверът на порта на N-канален превключвател с висока страна изисква a верига за зареждане което създава напрежение на портата по-голямо от релсата за захранване на двигателя или алтернативно независимо захранване за включването му. Повишената сложност на дизайна обикновено води до по-голяма проектна работа и по-голяма площ на сглобяване.

Фигурата по-долу демонстрира разликата между веригата, проектирана с използване на допълнителни P и N канали MOSFET и веригата само с 4 N-канала MOSFET.

Използване само на 4 N-канални MOSFETS

При тази подредба, ако високият страничен превключвател е изграден с P-канален MOSFET, дизайнът на драйвера опростява оформлението изключително, както е показано по-долу:

Използване на P и N-канални MOSFET

Необходимостта от обувка зареждаща помпа е елиминиран за превключване на високия страничен превключвател. Тук това може просто да се задвижва директно от входния сигнал и чрез превключвател на ниво (преобразувател от 3V до 5V или етап от преобразувател от 5V до 12V).

Избор на P-канални MOSFET за превключване на приложения

Обикновено задвижващите системи с ниско напрежение работят с честота на превключване в диапазона от 10 до 50kHz.

В тези диапазони почти цялото разсейване на мощността на MOSFET се осъществява чрез загуби на проводимост поради високите спецификации на тока на двигателя.

Следователно в такива мрежи има P-канален MOSFET с подходящ RDS (включен)трябва да бъде избран за постигане на оптимална ефективност.

Това може да се разбере чрез разглеждане на илюстрация на 30W нисковолтово задвижване, работещо с 12V батерия.

За MOSFET с висок страничен P-канал може да имаме няколко опции в ръка - едната да има еквивалентен RDS (включен)сравним с ниския страничен N-канал, а другият, за да има сравними заряди на порта.

Следващата таблица по-долу показва компонентите, приложими за пълното мостово нисковолтово устройство със сравним RDS (включен)и с идентични заряди на порта като този на N-каналния MOSFET от долната страна.

Таблицата по-горе, изобразяваща загубите на MOSFET в конкретното приложение, разкрива, че общите загуби на мощност се управляват от загубите на проводимост, както е доказано в следващата кръгова диаграма.

Освен това изглежда, че ако се предпочита P-канален MOSFET със съпоставими заряди на затвора като този на N-канала, загубите от превключване ще бъдат идентични, но загубите на проводимост може да са прекалено високи.

Следователно, за приложения с ниско превключване с по-ниски честоти, MOSFET с висок страничен P-канал трябва непременно да има сравним R DS (включен) като този на ниския N-канал.

Неизолирана точка на натоварване (POL)

Неизолираната точка на натоварване е топология на преобразувателя, като например в конверторите, когато изходът не е изолиран от входа, за разлика от flyback дизайни където входните и изходните етапи са напълно изолирани.

За такава неизолирана точка на натоварване с ниска мощност с изходна мощност по-ниска от 10W, представлява една от най-големите дизайнерски трудности. Оразмеряването трябва да бъде минимално минимално, като същевременно се запазва задоволителна степен на ефективност.

Един от популярните начини за намаляване на размера на преобразувателя е да се използва N-канален MOSFET като висок страничен драйвер и да се увеличи работната честота до значително по-високо ниво. По-бързото превключване позволява използването на значително намален размер на индуктора.

Диодите на Шотки често се прилагат за синхронно коригиране в тези типове вериги, но MOSFET вместо това несъмнено са по-добър вариант, тъй като падането на напрежението за MOSFET обикновено е значително по-ниско от диода.

Друг подход за спестяване на място би бил заместването на високия N-канален MOSFET с P-канал.

Методът с P-канал се отървава от сложните допълнителни схеми за задвижване на портата, което става необходимо за N-канален MOSFET от горната страна.

Диаграмата по-долу демонстрира основния дизайн на преобразувател, който има P-канал MOSFET, реализиран от горната страна.

Обикновено честотите на превключване в неизолираните приложения на Point of Load вероятно ще бъдат близо до 500kHz или дори в пъти по-високи до 2MHz.

Противоречи на по-ранните дизайнерски концепции, основната загуба при такива честоти се оказва загубите от превключване.

Фигурата по-долу показва загубата от MOSFET в 3-ватово неизолирано приложение Point of Load, работещо при честота на превключване 1MHz.

По този начин той показва нивото на зареждане на портата, което трябва да бъде зададено на P-канал, когато е избран за високо странично приложение, по отношение на високо странично N-канално устройство.

Заключение

Прилагането на P-канал MOSFET несъмнено ви дава предимствата на дизайнерите по отношение на по-малко сложни, по-надеждни и подобрена конфигурация.

Това каза за дадено приложение компромисът между RDS (включен)и QGтрябва да бъде сериозно оценен при избора на P-канал MOSFET. Това е, за да се гарантира, че p-каналът може да предложи оптимална производителност, точно както неговият вариант с n-канал.

Учтивост: Infineon




Предишна: Как да поправяме прилепи против комари Напред: Изработване на самостоятелно задвижван генератор