Dvikryptis jungiklis

Šiame įraše mes sužinome apie MOSFET dvikrypčius maitinimo jungiklius, kurie gali būti naudojami apkrovai valdyti dviejuose taškuose dvikrypčiai. Tai paprasčiausiai atliekama sujungus du N kanalų arba P kanalų MOSFET nuosekliai su nurodyta įtampos linija.

Kas yra dvikryptis jungiklis

Dvikryptis maitinimo jungiklis (BPS) yra aktyvus įrenginys, sukurtas naudojant MOSFET arba IGBT , kuris leidžia įjungti abiejų krypčių srovės srautą, kai jis įjungtas, ir blokuoja dvikryptį įtampos srautą, kai jis išjungtas.

Kadangi jis gali veikti abiem būdais, dvikryptį jungiklį galima palyginti ir simbolizuoti kaip įprastą ON / OFF jungiklis kaip parodyta žemiau:

Čia matome, kad teigiama įtampa naudojama jungiklio „A“ taške, o neigiamas potencialas - taške „B“, kuris leidžia srovei tekėti per „A“ į „B“. Veiksmą galima pakeisti tiesiog pakeitus įtampos poliškumą. Tai reiškia, kad BPS taškai „A“ ir „B“ gali būti naudojami kaip keičiami įvesties / išvesties gnybtai.

Geriausias BPS taikymo pavyzdys matomas visose MOSFET pagrįstose reklamose SSR projektai .

Charakteristikos

Į „Power Electronics“ , dvikrypčio jungiklio (BPS) charakteristikos apibrėžiamos kaip keturių kvadrantų jungiklis, galintis atlikti teigiamą arba neigiamą srovę įjungus būseną, taip pat blokuoti teigiamą arba neigiamą srovę išjungties būsenoje. Žemiau parodyta keturių kvadrantų įjungimo / išjungimo schema, skirta BPS.

Pirmiau pateiktoje diagramoje kvadrantai yra pažymėti žalia spalva, kuri rodo įtaisų įjungimo būseną, neatsižvelgiant į maitinimo srovės poliškumą ar bangos formą.

Pirmiau pateiktoje diagramoje raudona tiesi linija rodo, kad BPS įtaisai yra išjungtos būsenos ir visiškai neveikia, nepaisant įtampos ar bangos poliškumo.

Pagrindinės funkcijos, kurias turėtų turėti BPS

• Dvikryptis jungiklis turi būti labai pritaikomas, kad būtų galima lengvai ir greitai perduoti energiją iš abiejų pusių, ty A – B ir B – A.
• Naudojant nuolatinės srovės sistemoje, BPS turi būti mažiausias valstybės atsparumas (Ron), kad būtų galima geriau reguliuoti įtampą.
• BPS sistemoje turi būti įrengta tinkama apsaugos schema, kad atlaikytų staigų įsibėgėjimo srovę pasikeitus poliškumui arba esant sąlyginai aukštai aplinkos temperatūrai.

Dvikryptis jungiklis

Dvikryptis jungiklis sukonstruojamas sujungiant MOSFET ar IGBT nuosekliai, kaip parodyta toliau pateiktuose paveiksluose.

Čia galime pamatyti tris pagrindinius metodus, kuriais galima konfigūruoti dvikryptį jungiklį.

Pirmojoje diagramoje du P kanalų MOSFET yra sukonfigūruoti taip, kad jų šaltiniai būtų tarpusavyje sujungti.

Antrojoje diagramoje galima pamatyti du N kanalų MOSFETS, sujungtus per savo šaltinius, kad būtų galima įgyvendinti BPS dizainą.

Trečioje konfigūracijoje du N kanalų MOSFET rodomi pritvirtinti nutekamieji kanalai, skirti įvykdyti numatytą dvikryptį laidumą.

Pagrindinė veikimo informacija

Paimkime antrosios konfigūracijos pavyzdį, kai MOSFET sujungiami su jų šaltiniais atgal, įsivaizduokime, kad teigiama įtampa taikoma nuo „A“, o neigiama - į „B“, kaip parodyta žemiau:

Šiuo atveju galime pamatyti, kad kai naudojama vartų įtampa, srovei nuo „A“ leidžiama tekėti per kairįjį MOSFET, tada per vidinį priekinį dešiniojo krašto MOSFET diodą D2 ir galiausiai laidumas baigiasi taške „B“ '.

Kai įtampos poliškumas pakeičiamas iš „B“ į „A“, MOSFET ir jų vidiniai diodai apverčia savo pozicijas, kaip parodyta šioje iliustracijoje:

Esant aukščiau nurodytai situacijai, BPS dešinė pusė MOSFET įsijungia kartu su D1, kuris yra vidinis kairės pusės MOSFET kūno diodas, kad būtų galima atlikti laidumą iš „B“ į „A“.

Diskretinių dvikrypčių jungiklių gamyba

Dabar sužinokime, kaip dvikryptį jungiklį galima sukurti naudojant atskirus komponentus numatytai dvipusio perjungimo programai.

Šioje diagramoje parodytas pagrindinis BPS diegimas naudojant P kanalo MOSFET:

Naudojant P kanalo MOSFETS

Kai taškas „A“ yra teigiamas, kairės pusės kūno diodas nukreipiamas į priekį ir vadovauja, o po jo eina dešinioji pusė „P-MOSFET“, kad užbaigtų laidumą taške „B“.

Kai taškas „B“ yra teigiamas, priešingos pusės atitinkami komponentai tampa aktyvūs laidumui.

Apatinis N kanalo MOSFET valdo BPS įrenginio įjungimo / išjungimo būsenas, naudodamas atitinkamas ON / OFF vartų komandas.

Rezistorius ir kondensatorius apsaugo BPS įtaisus nuo galimo srovės viršįtampio.

Tačiau P kanalo MOSFET naudojimas niekada nėra idealus būdas įdiegti BPS dėl jų didelio RDSon . Todėl norint kompensuoti šilumą ir kitus susijusius neefektyvumus, gali prireikti didesnių ir brangesnių prietaisų, palyginti su N kanalų BPS dizainu.

Naudojant N kanalo MOSFETS

Kitame projekte matome idealų BPS grandinės įgyvendinimo būdą naudojant N kanalų MOSFET.

Šioje diskrečioje dvikryptėje jungiklio grandinėje naudojami „back-to-back“ prijungti „N-chanel“ MOSFET. Šis metodas reikalauja išorinės tvarkyklės grandinės, kad būtų palengvintas abipusis energijos laidumas nuo A iki B ir atvirkščiai.

„Schottky“ diodai BA159 naudojami dauginant tiekimą iš A ir B, kad įjungtų įkrovimo siurblio grandinę, kad įkrovimo siurblys galėtų sugeneruoti reikiamą įjungimo įtampą N kanalo MOSFET.

Įkrovimo siurblys galėtų būti pastatytas naudojant standartą įtampos dublerio grandinė ar mažas padidinti perjungimą grandinė.

3.3 V įtampa naudojama optimaliai įkrovos siurbliui maitinti, o „Schottky“ diodai vartų įtampą išgauna tiesiai iš atitinkamos įvesties (A / B), net jei įėjimo įtampa yra vos 6 V. Tada šis 6 V padvigubinamas. mokestis už MOSFET vartus.

Apatinis N kanalo MOSFET skirtas valdyti dvikrypčio jungiklio įjungimą / išjungimą pagal norimas specifikacijas.

Vienintelis N kanalo MOSFET naudojimo trūkumas, palyginti su anksčiau aptartu P kanalu, yra šie papildomi komponentai, kurie gali užimti papildomą vietą PCB. Tačiau šį trūkumą nusveria mažas MOSFET R (įjungimas) ir labai efektyvus laidumas bei pigios mažos MOSFET.

Be to, ši konstrukcija taip pat nesuteikia jokios veiksmingos apsaugos nuo perkaitimo, todėl gali būti svarstomi didelių matmenų prietaisai, skirti naudoti dideliu galingumu.

Išvada

Dvikryptis jungiklis gali būti gana lengvai pastatytas naudojant porą atgal sujungtų MOSFET. Šie jungikliai gali būti naudojami daugybei skirtingų programų, kurioms reikalingas dvikryptis apkrovos perjungimas, pavyzdžiui, iš kintamosios srovės šaltinio.

Nuorodos:

TPS2595xx, 2,7 V - 18 V, 4-A, 34 mΩ eFuse su greitu apsaugos nuo viršįtampio duomenų lapu

TPS2595xx dizaino skaičiavimo įrankis

E. saugiklių įtaisai