Toveis bryter

I dette innlegget lærer vi om MOSFET toveis strømbrytere, som kan brukes til å betjene en belastning over to punkter toveis. Dette gjøres ganske enkelt ved å koble to N-kanaler eller P-kanals MOSFET-er rygg mot rygg i serie med den spesifiserte spenningslinjen.

Hva er en toveisbryter

En toveis strømbryter (BPS) er en aktiv enhet bygget med MOSFET eller IGBT , som tillater toveis toveis strøm av strøm når den er slått på, og blokkerer en toveis strøm av strøm når den er slått AV.

Siden den er i stand til å gjennomføre på begge måter, kan en toveis bryter sammenlignes og symboliseres som en normal På / av bryter som vist under:

Her kan vi se at en positiv spenning påføres bryteren, og et negativt potensial blir brukt på punktet 'B', som gjør at strømmen kan strømme over 'A' til 'B'. Handlingen kan reverseres ved å bare endre spenningens polaritet. Betydningen, punktene 'A' og 'B' på BPS kan brukes som utskiftbare inngangs- / utgangsterminaler.

Det beste applikasjonseksemplet på en BPS kan sees i alle MOSFET-baserte reklamefilmer SSR design .

Kjennetegn

I Kraftelektronikk , er egenskapene til en toveisbryter (BPS) definert som en firekvadrantbryter som har evnen til å lede positiv eller negativ strøm i PÅ-tilstand, og også blokkere positiv eller negativ strøm i AV-tilstand. Fire-kvadrant PÅ / AV-diagrammet for en BPS er vist nedenfor.

I diagrammet ovenfor er kvadranten angitt i grønn farge som indikerer PÅ-tilstanden til enhetene uavhengig av polariteten til forsyningsstrømmen eller bølgeformen.

I diagrammet ovenfor indikerer den røde rette linjen at BPS-enhetene er i AV-tilstand og gir absolutt ingen ledning uavhengig av polariteten til spenningen eller bølgeformen.

Hovedtrekk som en BPS burde ha

• En toveis bryterenhet må være sterkt tilpasningsdyktig for å muliggjøre enkel og rask strømledning fra begge sider, det vil si over A til B og B til A.
• Når den brukes i DC-applikasjon, må en BPS utvise minimum på tilstandsmotstand (Ron) for forbedret spenningsregulering av lasten.
• Et BPS-system må være utstyrt med riktige beskyttelseskretser for å tåle plutselig rushstrøm under en polaritetsendring, eller ved relativt høye omgivelsestemperaturforhold.

Toveis bryterkonstruksjon

En toveis bryter er konstruert ved å koble MOSFETs eller IGBTs rygg mot rygg i serie som vist i de følgende figurene.

Her kan vi være vitne til tre grunnleggende metoder der en toveis bryter kan konfigureres.

I det første diagrammet er to P-kanal MOSFETer konfigurert med kildene koblet rygg mot rygg med hverandre.

I det andre diagrammet kan to N-kanals MOSFETS sees koblet på tvers av kildene for implementering av en BPS-design.

I den tredje konfigurasjonen vises to N-kanals MOSFET-er montert avløp for å tømmes for å utføre den tiltenkte toveis ledningen.

Grunnleggende funksjonelle detaljer

La oss ta eksemplet med den andre konfigurasjonen, der MOSFET-ene blir sammenføyd med kildene rygg mot rygg, la oss forestille oss at positiv spenning påføres fra 'A' og negativ til 'B', som vist nedenfor:

I dette tilfellet kan vi se at når gate-spenningen påføres, får strøm fra 'A' strømme gjennom venstre MOSFET, deretter gjennom den interne fremre forspente dioden D2 på høyre side MOSFET, og til slutt fullfører ledningen ved punkt 'B '.

Når spenningspolariteten snus fra 'B' til 'A', vender MOSFET-ene og deres interne dioder sine posisjoner som vist i følgende illustrasjon:

I den ovennevnte situasjonen slås høyre side MOSFET av BPS PÅ sammen med D1, som er den indre kroppsdioden til venstre MOSFET, for å muliggjøre ledning fra 'B' til 'A'.

Lage diskrete toveisbrytere

La oss nå lære hvordan en toveisbryter kan bygges ved hjelp av diskrete komponenter for en tiltenkt toveis bytterapplikasjon.

Følgende diagram viser den grunnleggende BPS-implementeringen ved bruk av P-kanal MOSFETer:

Bruke P-Channel MOSFETS

Når punkt 'A' er positivt, blir kroppsdioden på venstre side forspent og leder, etterfulgt av høyre side p-MOSFET, for å fullføre ledningen ved punkt 'B'.

Når punkt 'B' er positivt, blir motsatt side respektive komponenter aktive for ledningen.

Den nedre N-kanal MOSFET styrer PÅ / AV-tilstandene til BPS-enheten gjennom passende PÅ / AV-portkommandoer.

Motstanden og kondensatoren beskytter BPS-enhetene mot en mulig strømstrøm.

Imidlertid er bruk av P-kanal MOSFET aldri den ideelle måten å implementere en BPS på på grunn av deres høye RDSon . Derfor kan dette kreve større og dyrere enheter for å kompensere mot varme og andre relaterte ineffektiviteter, sammenlignet med N-kanalbasert BPS-design.

Bruke N-Channel MOSFETS

I neste design ser vi en ideell måte å implementere en BPS-krets ved hjelp av N-kanal MOSFETs.

I denne diskrete toveis bryterkretsen brukes back-to-back-tilkoblede N-chanel MOSFETs. Denne metoden krever en ekstern driverkrets for å lette toveis strømledning fra A til B og i omvendt retning.

Schottky-diodene BA159 brukes til å multiplexere forsyningene fra A og B for å aktivere ladepumpekretsen, slik at ladepumpen er i stand til å generere den nødvendige mengden PÅ-spenning for N-kanal MOSFET.

Ladepumpen kan bygges med en standard spenningsdobler krets eller en liten boost bytte krets.

3,3 V brukes for å drive ladepumpen optimalt, mens Schottky-dioder utleder portspenningen direkte fra den respektive inngangen (A / B), selv om inngangsforsyningen er så lav som 6 V. Denne 6 V blir deretter doblet av lade ump for MOSFET-portene.

Den nedre N-kanal MOSFET er for å kontrollere ON / OFF-bryteren av toveisbryteren i henhold til ønsket spesifikasjon.

Den eneste ulempen med å bruke en N-kanal MOSFET sammenlignet med den tidligere diskuterte P-kanalen, er disse ekstra komponentene som kan forbruke ekstra plass på PCB. Imidlertid oppveies denne ulempen av den lave R (på) av MOSFET og høy effektiv ledning, og lave kostnader MOSFET av liten størrelse.

Når det er sagt, gir denne designen heller ingen effektiv beskyttelse mot overoppheting, og derfor kan store enheter vurderes for applikasjoner med høy effekt.

Konklusjon

En toveisbryter kan ganske enkelt bygges ved hjelp av et par rygg-til-bak-tilkoblede MOSFET-er. Disse bryterne kan implementeres for mange forskjellige applikasjoner som krever toveis bytte av belastningen, for eksempel fra vekselstrømskilde.

Referanser:

TPS2595xx, 2,7 V til 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse med hurtig overspenningsbeskyttelsesdatablad

TPS2595xx Designberegningsverktøy

E-sikringsenheter