מתג דו כיווני

בפוסט זה אנו למדים על מתגי הפעלה דו כיווניים של MOSFET, אשר יכולים לשמש להפעלת עומס על שתי נקודות דו כיוונית. זה פשוט נעשה על ידי חיבור שני MOSFETs עם ערוץ N, או P, בסדרה עם קו המתח שצוין.

מהו מתג דו כיווני

מתג הפעלה דו כיווני (BPS) הוא מכשיר פעיל שנבנה באמצעות MOSFETs או IGBTs , המאפשר זרימת דו כיוונית דו-כיוונית של זרם כאשר הוא מופעל, וחוסם זרימת מתח דו-כיוונית כאשר הוא מופעל.

מכיוון שהוא מסוגל להתנהל בשני הכיוונים, ניתן להשוות מתג דו כיווני ולסמל אותו כרגיל מתג הדלק / כבה כפי שמוצג מטה:

כאן אנו יכולים לראות שמתח חיובי מוחל בנקודה 'A' של המתג ופוטנציאל שלילי מוחל בנקודה 'B', המאפשר לזרם לזרום על פני 'A' ל- 'B'. ניתן להפוך את הפעולה על ידי שינוי פשוט של קוטביות המתח. כלומר הנקודות 'A' ו- 'B' של ה- BPS יכולות לשמש כמסופי קלט / פלט להחלפה.

ניתן לראות את דוגמת היישום הטובה ביותר ל- BPS בכל הפרסומות המבוססות על MOSFET מעצבי SSR .

מאפיינים

ב חשמל אלקטרוניקה , המאפיינים של מתג דו כיווני (BPS) מוגדרים כמתג בעל ארבע רבעונים בעל יכולת להוביל זרם חיובי או שלילי במצב ON, וגם לחסום זרם חיובי או שלילי במצב OFF. דיאגרמת הפעלה / כיבוי של ארבע הרבעים עבור BPS מוצגת להלן.

בתרשים לעיל, הרבעים מסומנים בצבע ירוק המציין את מצב ON של המכשירים ללא קשר לקוטביות זרם האספקה ​​או צורת הגל.

בתרשים שלמעלה, הקו הישר האדום מציין כי התקני ה- BPS נמצאים במצב OFF ולא מציעים שום הולכה ללא קשר לקוטביות המתח או צורת הגל.

תכונות עיקריות ש- BPS אמור היה להיות

• התקן מתג דו-כיווני חייב להיות מותאם מאוד על מנת לאפשר הולכת חשמל קלה ומהירה משני הצדדים, מעבר A ל- B ו- B ל- A.
• כאשר משתמשים בה ביישום DC, BPS חייב להפגין מינימום התנגדות למדינה (Ron) לשיפור ויסות המתח של העומס.
• מערכת BPS חייבת להיות מצוידת במעגלי הגנה מתאימים כדי לעמוד בזרם עומס פתאומי במהלך שינוי קוטביות, או בתנאי טמפרטורת סביבה גבוהים יחסית.

בניית מתגים דו כיוונית

מתג דו כיווני בנוי על ידי חיבור MOSFETs או IGBT גב אל גב בסדרות כפי שמוצג באיורים הבאים.

כאן אנו יכולים להיות עדים לשלוש שיטות בסיסיות באמצעותן ניתן להגדיר מתג דו כיווני.

בתרשים הראשון מוגדרים שני MOSFET של ערוצי P עם מקורותיהם מחוברים זה לזה גב אל גב.

בתרשים השני ניתן לראות שני MOSFETS של ערוץ N המחוברים בין מקורותיהם ליישום עיצוב BPS.

בתצורה השלישית, מוצגים שני MOSFET של ערוץ N המוצמדים לניקוז לניקוז לצורך ביצוע ההולכה הדו-כיוונית המיועדת.

פרטי תפקוד בסיסיים

בואו ניקח את הדוגמה של התצורה השנייה, בה MOSFETs מחוברים למקורותיהם גב אל גב, נניח שמתח חיובי מוחל מ- 'A' ושלילי ל- 'B', כמוצג להלן:

במקרה זה אנו יכולים לראות שכאשר מפעילים את מתח השער, מותר לזרם מ- A לזרום דרך MOSFET שמאלי, ואז דרך הדיודה מוטה קדימה D2 של MOSFET בצד ימין, ולבסוף ההולכה מסתיימת בנקודה 'B '.

כאשר קוטביות המתח הפוכה מ- 'B' ל- 'A' ה- MOSFET והדיודות הפנימיות שלהם הופכים את מיקומם כפי שמוצג באיור הבא:

במצב הנ'ל, MOSFET הצד הימני של ה- BPS עובר לפעולה יחד עם D1 שהיא דיודת הגוף הפנימית של ה- MOSFET בצד שמאל, כדי לאפשר הולכה מ- 'B' ל- 'A'.

ביצוע מתגים דו כיווניים נפרדים

עכשיו בואו ללמוד כיצד ניתן לבנות מתג דו כיווני באמצעות רכיבים נפרדים ליישום מיתוג דו-כיווני.

התרשים הבא מציג את הטמעת ה- BPS הבסיסית באמצעות MOSFET של ערוץ P:

שימוש ב- MOSFETS בערוץ P

כאשר נקודה 'A' חיובית, דיודת הגוף השמאלית מוטה קדימה ומתנהלת, ואחריה הצד הימני p-MOSFET, כדי להשלים את ההולכה בנקודה 'B'.

כאשר נקודה 'B' חיובית, הצד ההפוך של הרכיבים הופכים פעילים להולכה.

MOSFET התחתון של ערוץ N שולט במצבי הפעלה / כיבוי של מכשיר ה- BPS באמצעות פקודות שער הפעלה / כיבוי מתאימות.

הנגד והקבל מגנים על התקני ה- BPS מפני נחשול זרם אפשרי.

עם זאת, שימוש ב- MOSFET בערוץ P לעולם אינו הדרך האידיאלית ליישום BPS בגלל ה- RDSon הגבוה שלהם . לכן אלה עשויים לדרוש מכשירים גדולים ויקרים יותר כדי לפצות על חום וחוסר יעילות קשורים אחרים, בהשוואה לתכנון BPS מבוסס ערוץ N.

שימוש ב- MOSFETS בערוץ N

בתכנון הבא אנו רואים דרך אידיאלית ליישום מעגל BPS באמצעות MOSFET של ערוץ N.

במעגל מתג דו כיווני נפרד זה, נעשה שימוש ב- MOSFET N-chanel מחובר לגב. שיטה זו דורשת מעגל דרייבר חיצוני כדי להקל על הולכת הכוח הדו-כיוונית מ- A ל- B והפוך.

דיודות שוטקי BA159 משמשות לכפל את הספקים מ- A ו- B להפעלת מעגל משאבת הטעינה, כך שמשאבת הטעינה מסוגלת לייצר את מתח ההפעלה הדרוש עבור ה- MOSFET בערוץ N.

ניתן לבנות את משאבת הטעינה באמצעות תקן מעגל מכפיל מתח או קטן להגביר מיתוג מעגל חשמלי.

3.3 וולט מופעל להפעלת משאבת הטעינה בצורה אופטימלית, ואילו דיודות שוטקי מפיקות את מתח השער ישירות מהכניסה המתאימה (A / B) גם אם אספקת הכניסה נמוכה עד 6 וולט. 6 וולט זה יוכפל אז על ידי טען שדר עבור שערי MOSFET.

MOSFET התחתון של ערוץ N מיועד לשליטה במיתוג ON / OFF של המתג הדו-כיווני בהתאם למפרט הרצוי.

החיסרון היחיד בשימוש ב- MOSFET בערוץ N בהשוואה לערוץ ה- P שנדון בעבר הוא רכיבים נוספים אלה שעשויים לצרוך מקום נוסף על ה- PCB. עם זאת, החיסרון הזה עולה על ידי ה- R (on) הנמוך של ה- MOSFET וההולכה היעילה ביותר, וה- MOSFET בגודל קטן בעלות נמוכה.

עם זאת, תכנון זה גם אינו מספק שום הגנה יעילה מפני חימום יתר, ולכן ניתן לשקול התקנים גדולים מדי ליישומי הספק גבוה.

סיכום

ניתן לבנות מתג דו כיווני די בקלות באמצעות MOSFETs מחוברים גב אל גב. מתגים אלה ניתנים ליישום עבור יישומים רבים ושונים אשר דורשים מיתוג דו כיווני של העומס, כגון ממקור AC.

הפניות:

TPS2595xx, 2.7 וולט עד 18 וולט, 4-A, 34-mΩ eFuse עם גיליון נתונים מהיר להגנת מתח.

כלי חישוב עיצוב TPS2595xx

מכשירי נתיך אלקטרוניים