Sa post na ito natututunan namin ang tungkol sa MOSFET bidirectional power switch, na maaaring magamit para sa pagpapatakbo ng isang pag-load sa kabuuan ng dalawang puntos nang dalawang direksyon. Ginagawa lamang ito sa pamamagitan ng pagkonekta sa dalawang N-channel, o P-channel MOSFET na pabalik sa likod sa serye gamit ang tinukoy na linya ng boltahe.
Ano ang isang Bidirectional Switch
Ang isang bidirectional power switch (BPS) ay isang aktibong aparato na binuo gamit ang MOSFETs o IGBTs , na nagpapahintulot sa dalawahang daloy ng daloy ng daloy ng daloy ng kasalukuyang kapag pinapagana ON, at hinaharangan ang daloy ng daloy ng daloy ng boltahe na pinapagana ng OFF
Dahil nagagawa nitong magsagawa sa parehong paraan, ang isang bidirectional switch ay maihahalintulad at sinasagisag bilang isang normal ON / OFF switch tulad ng ipinakita sa ibaba:
Dito, maaari nating makita ang isang positibong boltahe na inilapat sa puntong 'A' ng switch at isang negatibong potensyal na inilapat sa puntong 'B', na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa kabuuan ng 'A' hanggang 'B'. Ang aksyon ay maaaring baligtarin sa pamamagitan lamang ng pagbabago ng boltahe polarity. Ibig sabihin, ang mga puntong 'A' at 'B' ng BPS ay maaaring magamit bilang mapagpalit na mga terminal ng input / output.
Ang pinakamahusay na halimbawa ng aplikasyon ng isang BPS ay makikita sa lahat ng komersyal na batay sa MOSFET Mga disenyo ng SSR .
Mga Katangian
Sa Power Electronics , ang mga katangian ng isang bidirectional switch (BPS) ay tinukoy bilang isang apat na quadrant switch na may kakayahang magsagawa ng positibo o negatibong kasalukuyang sa ON-state, at hadlangan din ang positibo o negatibong kasalukuyang sa OFF-state. Ang apat na-quadrant na diagram na ON / OFF para sa isang BPS ay ipinapakita sa ibaba.
Sa diagram sa itaas, ang mga quadrants ay ipinahiwatig sa berdeng kulay na nagsasaad ng estado ng ON ng mga aparato anuman ang polarity ng kasalukuyang supply o ang waveform.
Sa diagram sa itaas, ipinapahiwatig ng pulang tuwid na linya na ang mga aparato ng BPS ay nasa estado ng OFF at nag-aalok ng walang konduksyon anuman ang polarity ng boltahe o ang waveform.
Pangunahing Mga Tampok na Dapat Magkaroon ng BPS
- Ang isang bidirectional switch device ay dapat na lubos na naaangkop upang paganahin ang madali at mabilis na pagpapadaloy ng kuryente mula sa magkabilang panig, na nasa kabila ng A hanggang B at B hanggang A.
- Kapag ginamit sa aplikasyon ng DC, ang isang BPS ay dapat magpakita ng minimum sa paglaban ng estado (Ron) para sa pinahusay na pagsasaayos ng boltahe ng pag-load.
- Ang isang sistema ng BPS ay dapat na nilagyan ng wastong proteksyon na circuitry upang mapaglabanan ang biglaang paggugol sa panahon ng pagbabago ng polarity, o sa medyo mataas na kondisyon ng temperatura sa paligid.
Pagtatayo ng Bidirectional Switch
Ang isang bidirectional switch ay itinayo sa pamamagitan ng pagkonekta ng mga MOSFET o IGBT pabalik sa likod sa serye tulad ng ipinakita sa mga sumusunod na numero.
Dito, maaari nating masaksihan ang tatlong pangunahing mga pamamaraan kung saan maaaring mai-configure ang isang bidirectional switch.
Sa unang diagram, ang dalawang P-channel MOSFET ay naka-configure kasama ang kanilang mga mapagkukunan na konektado pabalik sa likod sa bawat isa.
Sa pangalawang diagram, ang dalawang N-channel MOSFETS ay makikita na konektado sa kanilang mga mapagkukunan para sa pagpapatupad ng isang disenyo ng BPS.
Sa pangatlong pagsasaayos, dalawang N-channel MOSFET ang ipinapakita na nakakabit na alulod sa alisan ng tubig para sa pagpapatupad ng inilaan na bidirectional conduction.
Pangunahing Mga Detalye ng Pagpapatakbo
Kunin natin ang halimbawa ng pangalawang pagsasaayos, kung saan ang MOSFETs ay sumali sa kanilang mga mapagkukunan pabalik, isipin natin ang positibong boltahe na inilapat mula sa 'A', at negatibo sa 'B', tulad ng ipinakita sa ibaba:
Sa kasong ito maaari nating makita na kapag ang boltahe ng gate ay inilalapat, kasalukuyang mula sa 'A' ay pinapayagan na dumaloy sa kaliwang MOSFET, pagkatapos ay sa pamamagitan ng panloob na pasulong na bias na diode D2 ng kanang bahagi ng MOSFET, at sa wakas ang pagpapadaloy ay nakumpleto sa puntong 'B '.
Kapag ang boltahe ng polarity ay nabaligtad mula sa 'B' patungong 'A' ang mga MOSFET at ang kanilang mga panloob na diode ay i-flip ang kanilang mga posisyon tulad ng ipinakita sa sumusunod na ilustrasyon:
Sa sitwasyon sa itaas, ang kanang bahagi ng MOSFET ng BPS ay lumilipat ON kasama ang D1 na panloob na body diode ng kaliwang bahagi MOSFET, upang paganahin ang pagpapadaloy mula sa 'B' hanggang 'A'.
Paggawa ng Discrete Bidirectional Switches
Alamin natin ngayon kung paano maaaring maitayo ang isang bidirectional switch gamit ang mga discrete na bahagi para sa isang inilaan na dalawang paraan ng paglipat ng application.
Ipinapakita ng sumusunod na diagram ang pangunahing pagpapatupad ng BPS gamit ang P-channel MOSFETs:
Paggamit ng P-Channel MOSFETS
Kapag ang puntong 'A' ay positibo, ang kaliwang bahagi ng katawan na diode ay makakakuha ng pasulong na bias at nagsasagawa, na sinusundan ng kanang bahagi na p-MOSFET, upang makumpleto ang pagpapadaloy sa puntong 'B'.
Kapag ang punto na 'B' ay positibo, ang kabaligtaran ng kani-kanilang mga bahagi ay naging aktibo para sa pagpapadaloy.
Ang mas mababang N-channel MOSFET ay kinokontrol ang ON / OFF na estado ng aparato ng BPS sa pamamagitan ng naaangkop na mga utos ng ON / OFF na gate.
Ang risistor at ang kapasitor ay pinoprotektahan ang mga aparatong BPS mula sa isang posible na pagmamadali sa kasalukuyang paggulong.
Gayunpaman, ang paggamit ng P-channel MOSFET ay hindi kailanman ang perpektong paraan ng pagpapatupad ng isang BPS dahil sa kanilang mataas na RDSon . Samakatuwid maaaring mangailangan ang mga ito ng mas malaki at mas magastos na mga aparato upang makabawi laban sa init at iba pang mga kaugnay na hindi mabisa, kumpara sa disenyo ng B-based na B-N.
Paggamit ng N-Channel MOSFETS
Sa susunod na disenyo nakikita namin ang isang mainam na paraan ng pagpapatupad ng isang BPS circuit gamit ang N-channel MOSFETs.
Sa discrete na bidirectional switch circuit na ito, ginagamit ang back-to-back na konektadong N-chanel MOSFETs. Hinihingi ng pamamaraang ito ang isang panlabas na circuit ng driver para sa pagpapadali ng daloy ng kuryente sa dalawahang paraan mula A hanggang B at pabaliktad.
Ang Schottky diodes BA159 ay ginagamit upang i-multiplex ang mga supply mula sa A at B upang maisaaktibo ang circuit ng charge pump, upang ang singil na bomba ay makakabuo ng kinakailangang halaga na ON ON boltahe para sa mga N-channel MOSFET.
Maaaring maitayo ang singil ng bomba gamit ang isang pamantayan circuit ng doble ng boltahe o isang maliit palakasin ang paglipat circuit
Ang 3.3 V ay inilalapat para sa pag-power ng optim pump, habang ang Schottky diode ay nakuha ang boltahe ng gate nang direkta mula sa kani-kanilang input (A / B) kahit na ang input ng supply ay kasing baba ng 6 V. Ang 6 V na ito ay doble ng singilin ang ump para sa mga gate ng MOSFET.
Ang mas mababang N-channel MOSFET ay para sa pagkontrol sa ON / OFF switching ng bidirectional switch ayon sa nais na mga pagtutukoy.
Ang kawalan lamang ng paggamit ng isang N-channel MOSFET kumpara sa dating tinalakay na P-channel ay ang mga sobrang sangkap na maaaring ubusin ang labis na puwang sa PCB. Gayunpaman, ang kawalan na ito ay nalampasan ng mababang R (on) ng mga MOSFET at lubos na mahusay na pagpapadaloy, at mababang gastos ng maliit na sukat na MOSFET.
Sinabi nito, ang disenyo na ito ay hindi rin nagbibigay ng anumang mabisang proteksyon laban sa labis na pag-init, at samakatuwid ang mga malalaking aparato ay maaaring isaalang-alang para sa mataas na mga application ng lakas.
Konklusyon
Ang isang bidirectional switch ay maaaring madaling maitayo gamit ang isang pares pabalik sa pabalik na konektadong MOSFETs. Ang mga switch na ito ay maaaring ipatupad para sa maraming iba't ibang mga application na nangangailangan ng isang bidirectional switching ng load, tulad mula sa pinagmulan ng AC.
Mga Sanggunian:
TPS2595xx Disenyo ng Pagkalkula ng Disenyo
Mga aparatong e-fuse
Nakaraan: Mga Comparator Circuits gamit ang IC 741, IC 311, IC 339 Susunod: Pagwawasto ng Diode: Half-Wave, Full-Wave, PIV
