Dvosmjerna sklopka

Dvosmjerna sklopka

U ovom postu saznajemo o dvosmjernim prekidačima napajanja MOSFET, koji se mogu koristiti za upravljanje opterećenjem u dvije točke dvosmjerno. To se jednostavno postiže spajanjem dva N-kanalna ili P-kanalna MOSFET-a leđa-natrag u seriju s navedenim naponskim vodom.



Što je dvosmjerni prekidač

Dvosmjerni prekidač napajanja (BPS) aktivni je uređaj izrađen pomoću MOSFET-ovi ili IGBT-ovi , koji omogućuje dvosmjerni dvosmjerni protok struje kad je UKLJUČEN i blokira dvosmjerni protok napona kad je ISKLJUČEN.

Budući da je sposoban provoditi se u oba smjera, dvosmjerni prekidač može se usporediti i simbolizirati kao normalan Prekidač ON / OFF kako je prikazano dolje:





Ovdje možemo vidjeti da se pozitivni napon primjenjuje u točki 'A' sklopke, a negativni potencijal u točki 'B', što omogućuje struji da teče preko 'A' do 'B'. Djelovanje se može obrnuti jednostavnom promjenom polariteta napona. To znači da se točke „A“ i „B“ BPS-a mogu koristiti kao izmjenjivi ulazno-izlazni terminali.

Najbolji primjer primjene BPS-a može se vidjeti u svim MOSFET-ovim reklamama SSR dizajni .



Karakteristike

U Snažna elektronika , karakteristike dvosmjernog prekidača (BPS) definirane su kao prekidač s četiri kvadranta koji ima sposobnost provođenja pozitivne ili negativne struje u ON-stanju, a također blokira pozitivnu ili negativnu struju u OFF-stanju. Dijagram uključivanja / isključivanja s četiri kvadrata za BPS prikazan je u nastavku.

U gornjem dijagramu kvadranti su označeni zelenom bojom što označava UKLJUČENO stanje uređaja bez obzira na polaritet opskrbne struje ili valnog oblika.

U gornjem dijagramu crvena ravna crta označava da su BPS uređaji u isključenom stanju i ne nudi apsolutno nikakvu provodljivost bez obzira na polaritet napona ili valnog oblika.

Glavne značajke koje bi BPS trebao imati

  • Dvosmjerni preklopni uređaj mora biti visoko prilagodljiv kako bi omogućio lako i brzo provođenje snage s obje strane, to jest preko A do B i B do A.
  • Kada se koristi u istosmjernoj primjeni, BPS mora pokazivati ​​minimalni otpor stanja (Ron) za poboljšanu regulaciju napona opterećenja.
  • BPS sustav mora biti opremljen odgovarajućim zaštitnim krugom kako bi mogao podnijeti nagle navale struje tijekom promjene polariteta ili pri relativno visokim uvjetima okoline.

Konstrukcija dvosmjernih prekidača

Dvosmjerni prekidač konstruiran je povezivanjem MOSFET-ova ili IGBT-ova leđa u seriju, kao što je prikazano na sljedećim slikama.

Ovdje možemo svjedočiti tri temeljne metode putem kojih se može konfigurirati dvosmjerni prekidač.

U prvom su dijagramu dva MOSFET-a s P-kanalom konfigurirana tako da su njihovi izvori međusobno povezani.

Na drugom dijagramu mogu se vidjeti dva N-kanalna MOSFET-a povezana preko svojih izvora za implementaciju BPS dizajna.

U trećoj konfiguraciji prikazana su dva N-kanalna MOSFET-a u prilogu odvod za odvod za izvršavanje namjeravanog dvosmjernog provođenja.

Osnovni detalji funkcioniranja

Uzmimo primjer druge konfiguracije, u kojoj su MOSFET-ovi spojeni sa svojim izvorima leđa prema leđima, zamislimo da se pozitivni napon primjenjuje od 'A', a negativan do 'B', kao što je prikazano dolje:

U ovom slučaju možemo vidjeti da kada se primijeni napon na vratima, struja iz 'A' smije protjecati kroz lijevi MOSFET, zatim kroz unutarnju pristranu diodu D2 desne strane MOSFET-a, i na kraju provođenje završava u točki 'B '.

Kada se polaritet napona preokrene s 'B' na 'A', MOSFET-ovi i njihove unutarnje diode preokreću svoje položaje kao što je prikazano na sljedećoj ilustraciji:

U gornjoj situaciji, desni bočni MOSFET BPS-a UKLJUČUJE se zajedno s D1 koji je unutarnja dioda tijela lijevog bočnog MOSFET-a, kako bi se omogućilo provođenje od 'B' do 'A'.

Izrada diskretnih dvosmjernih prekidača

Sada naučimo kako se dvosmjerna sklopka može izraditi pomoću diskretnih komponenata za predviđenu dvosmjernu komutacijsku aplikaciju.

Sljedeći dijagram prikazuje osnovnu implementaciju BPS-a pomoću P-kanalnih MOSFET-ova:

Korištenje P-Channel MOSFET-a

Dvosmjerni sklopni krug pomoću p-kanalnih MOSFET-ova

Kad je točka 'A' pozitivna, dioda lijevog bočnog dijela tijela ima pristranost prema naprijed i provodi, nakon čega slijedi desna strana p-MOSFET, kako bi dovršila provođenje u točki 'B'.

Kad je točka 'B' pozitivna, odgovarajuće komponente na suprotnoj strani postaju aktivne za provođenje.

MOSFET donjeg N-kanala kontrolira ON / OFF stanja BPS uređaja putem odgovarajućih naredbi ON / OFF gate.

Otpornik i kondenzator štite BPS uređaje od mogućeg prenapona struje.

Međutim, upotreba MOSFET-a s P-kanalom nikada nije idealan način implementacije BPS-a zbog visokog RDSona . Stoga bi im mogli biti potrebni veći i skuplji uređaji kako bi nadoknadili toplinu i druge srodne neučinkovitosti, u usporedbi s BPS dizajnom na bazi N-kanala.

Korištenje N-kanalnih MOSFET-ova

U sljedećem dizajnu vidimo idealan način implementacije BPS sklopa pomoću N-kanalnih MOSFET-ova.

U ovom se diskretnom dvosmjernom sklopnom krugu koriste MOSFET-ovi povezani s N-kanalom. Ova metoda zahtijeva vanjski upravljački krug za olakšavanje dvosmjernog provođenja snage od A do B i obrnuto.

Schottky-jeve diode BA159 koriste se za multipleksiranje napajanja iz A i B za aktiviranje kruga pumpe za punjenje, tako da pumpa za punjenje može generirati potrebnu količinu uključenog napona za N-kanalne MOSFET-ove.

Pumpa za punjenje može se izraditi koristeći standard krug udvostručivača napona ili mali prebacivanje pojačanja sklop.

3.3 V se primjenjuje za optimalno napajanje pumpe za punjenje, dok Schottky diode izvode napon na vratima izravno iz odgovarajućeg ulaza (A / B), čak i ako je ulazno napajanje niže od 6 V. Ovih 6 V tada se udvostručuje dopunite ulaz za MOSFET vrata.

Donji N-kanalni MOSFET služi za upravljanje UKLJUČIVANJEM / isključivanjem dvosmjernog prekidača prema željenim specifikacijama.

Jedini nedostatak upotrebe N-kanalnog MOSFET-a u usporedbi s prethodno raspravljenim P-kanalom su ove dodatne komponente koje mogu zauzeti dodatni prostor na PCB-u. Međutim, ovaj nedostatak nadmašuje nisko R (uključeno) MOSFET-ova i visoko učinkovito provođenje, te jeftini MOSFET-ovi male veličine.

Međutim, ovaj dizajn također ne pruža nikakvu učinkovitu zaštitu od pregrijavanja, pa se stoga preveliki uređaji mogu uzeti u obzir za velike snage.

Zaključak

Dvosmjerni prekidač može se vrlo jednostavno izgraditi pomoću nekoliko međusobno povezanih MOSFET-ova. Ovi prekidači mogu se implementirati za mnogo različitih aplikacija koje zahtijevaju dvosmjerno prebacivanje tereta, kao što je naizmjenični izvor.

Reference:

TPS2595xx, 2,7 V do 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse s brzom zaštitnom pločicom

Alat za proračun dizajna TPS2595xx

Uređaji s elektroničkim osiguračima




Prethodno: Usporedni krugovi koji koriste IC 741, IC 311, IC 339 Sljedeće: Ispravljanje diode: Poluval, Pun val, PIV