P-Channel MOSFET dalam Aplikasi H-Bridge

P-Channel MOSFET dalam Aplikasi H-Bridge

Mengimplementasikan M-saluran M-PF dalam rangkaian H-bridge mungkin kelihatan mudah dan menarik, namun mungkin memerlukan beberapa pengiraan dan parameter yang ketat untuk mencapai tindak balas yang optimum.



P-channel MOSFET biasanya dilaksanakan untuk pertukaran ON / OFF. Kemudahan penggunaan pilihan saluran P di sisi tinggi membolehkannya sangat sesuai untuk aplikasi seperti Pemacu Voltan Rendah (Rangkaian H-Bridge) dan Titik Beban (Pengubah Buck) yang tidak terpencil dan dalam aplikasi di mana ruang adalah had kritikal.

Manfaat utama MOSFET saluran-P adalah strategi pemanduan gerbang ekonomi di sekitar kedudukan suis sisi tinggi dan secara amnya membantu menjadikan sistem ini sangat efektif dari segi kos.





Dalam artikel ini kami meneroka penggunaan M-POS saluran P sebagai suis sisi tinggi untuk aplikasi H-Bridge

Saluran P berbanding Kelebihan dan Kekurangan saluran N

Bila digunakan dalam aplikasi suis sisi tinggi voltan sumber MOSFET saluran N kebetulan berpotensi meningkat berkaitan dengan tanah.



Oleh itu, di sini mengoperasikan N-channel MOSFET memerlukan pemacu gerbang bebas seperti litar bootstrapping, atau susunan yang melibatkan tahap pengubah nadi.

Pemacu ini menuntut sumber kuasa yang terpisah, sementara beban transformer kadang-kadang dapat melalui keadaan yang tidak sesuai.

Sebaliknya, ini mungkin bukan keadaan MOSFET saluran-P. Anda boleh menggerakkan suis sisi tinggi saluran P dengan menggunakan litar pergeseran tahap biasa (penukar tahap voltan). Mencapai ini melancarkan litar dan mengurangkan kos keseluruhan.

Setelah itu, titik yang harus dipertimbangkan di sini adalah bahawa sangat sukar untuk mencapai R yang serupaDS (dihidupkan)kecekapan untuk P-channel MOSFET berbeza dengan saluran-N yang menggunakan dimensi cip yang serupa.

Kerana kenyataan bahawa aliran pembawa dalam saluran-N adalah sekitar 2 hingga 3 kali lebih besar daripada saluran-P, untuk R yang sama persisDS (dihidupkan)julat peranti saluran P perlu berukuran 2 hingga 3 kali lebih besar daripada rakan saluran N-nya.

Saiz pakej yang lebih besar, menyebabkan toleransi termal peranti saluran-P berkurang dan juga meningkatkan spesifikasi semasa. Ini juga mempengaruhi keberkesanan dinamiknya secara berkadar kerana peningkatan ukuran kes.

Oleh itu, dalam aplikasi frekuensi rendah di mana kerugian konduksi cenderung tinggi, MOSFET saluran-P perlu mempunyai RDS (dihidupkan)sepadan dengan saluran N. Dalam keadaan seperti itu, kawasan dalaman M-MOSFET saluran-P lebih besar daripada saluran-N.

Selanjutnya, dalam aplikasi frekuensi tinggi di mana kerugian pensuisan biasanya tinggi, MOSFET saluran-P harus memiliki nilai caj gerbang yang setanding dengan saluran-N.

Dalam kes seperti ini, ukuran M-MOSFET saluran-P dapat setara dengan saluran-N tetapi dengan spesifikasi arus yang berkurang dibandingkan dengan alternatif saluran-N.

Oleh itu, MOSFET saluran P yang ideal perlu dipilih dengan berhati-hati dengan mengambil kira R yang betulDS (dihidupkan)dan spesifikasi caj gerbang.

Cara Memilih MOSFET saluran-P untuk aplikasi

Terdapat banyak aplikasi pensuisan di mana MOSFET saluran-P dapat diterapkan dengan berkesan, misalnya Pemacu Voltan Rendah dan Titik Beban yang tidak terpencil.

Dalam jenis aplikasi ini, garis panduan penting yang mengatur pilihan MOSFET biasanya adalah peranti ON-resistance (RDS (dihidupkan)) dan Bayaran Gerbang (QG). Salah satu pemboleh ubah ini menghasilkan kepentingan yang lebih besar berdasarkan frekuensi beralih dalam aplikasi.

Untuk menerapkan dalam rangkaian Drive Voltan Rendah seperti konfigurasi jambatan penuh atau jambatan B6 (jambatan 3 fasa), MOSFET saluran-N biasanya digunakan dengan motor (Beban) dan bekalan DC.

Faktor kompromi untuk aspek positif yang ditunjukkan oleh peranti saluran N adalah kerumitan yang lebih tinggi dalam reka bentuk pemacu gerbang.

Pemacu gerbang suis sisi tinggi saluran-N menuntut a litar tali sapu yang mewujudkan voltan gerbang lebih besar daripada rel bekalan voltan motor, atau secara bergantian bekalan kuasa bebas untuk menghidupkannya. Kerumitan reka bentuk yang meningkat secara amnya membawa kepada kerja reka bentuk yang lebih besar dan kawasan pemasangan yang lebih tinggi.

Rajah di bawah menunjukkan perbezaan antara litar yang dirancang menggunakan MOSFET Saluran P dan N pelengkap dan litar dengan MOSFET 4-saluran sahaja.

Hanya menggunakan 4 MOSFET saluran N

Dalam susunan ini, jika suis sisi tinggi dibuat dengan M-POS saluran P, reka bentuk pemacu menyederhanakan susun atur., Seperti yang ditunjukkan di bawah:

Menggunakan MOSFET saluran P dan N

Keperluan untuk tali pinggang pam cas dihapuskan kerana menukar suis sisi tinggi. Di sini ini hanya dapat didorong secara langsung oleh isyarat input dan melalui pemindah tahap (penukar 3V ke 5V, atau tahap penukar 5V hingga 12V).

Memilih P-channel MOSFET untuk Menukar Aplikasi

Biasanya sistem pemacu voltan rendah berfungsi dengan frekuensi beralih dalam julat 10 hingga 50kHz.

Dalam julat ini, hampir semua pelesapan kuasa MOSFET berlaku dengan kehilangan konduksi, kerana spesifikasi arus motor yang tinggi.

Oleh itu, dalam rangkaian seperti itu, P-channel MOSFET dengan R yang sesuaiDS (dihidupkan)harus dipilih untuk mencapai kecekapan yang optimum.

Ini dapat difahami dengan memikirkan gambaran mengenai Pemacu Voltan Rendah 30W yang dikendalikan dengan bateri 12V.

Untuk MOSFET saluran P sisi tinggi, kita mungkin mempunyai beberapa pilihan - satu untuk mempunyai R yang setaraDS (dihidupkan)setanding dengan saluran N sisi rendah dan yang lain mempunyai caj gerbang yang setanding.

Jadual berikut di bawah memaparkan komponen yang berlaku untuk pemacu voltan rendah jambatan penuh yang mempunyai R yang setandingDS (dihidupkan)dan dengan caj gerbang yang sama dengan N-channel MOSFET di bahagian bawah.

Jadual di atas yang menggambarkan kerugian MOSFET dalam aplikasi tertentu menunjukkan bahawa kerugian kuasa keseluruhan ditentukan oleh kerugian konduksi seperti yang dibuktikan dalam carta pai berikut.

Selain itu nampaknya jika M-P-saluran MOSFET lebih disukai mempunyai caj gerbang yang setanding dengan saluran-N, kerugian pensuisan akan sama, tetapi kerugian konduksi mungkin terlalu tinggi.

Oleh itu, untuk aplikasi beralih rendah dengan frekuensi yang lebih rendah, MOSFET saluran P sisi tinggi semestinya mempunyai R yang setanding DS (dihidupkan) seperti saluran N sisi rendah.

Titik Beban Tidak Terasing (POL)

Titik Beban Tidak Terasing adalah topologi penukar seperti pada penukar buck di mana output tidak diasingkan dari input, tidak seperti reka bentuk flyback di mana tahap input dan output sepenuhnya terpencil.

Untuk Titik Beban yang rendah dan tidak terasing yang mempunyai daya output yang lebih rendah daripada 10W, merupakan salah satu kesukaran reka bentuk yang paling besar. Ukuran mesti minimum dan mengekalkan tahap kecekapan yang memuaskan.

Salah satu cara yang popular untuk mengurangkan saiz penukar adalah menggunakan mosfet saluran-N sebagai pemacu sisi tinggi, dan meningkatkan frekuensi operasi ke tahap yang jauh lebih tinggi. Peralihan yang lebih pantas membolehkan penggunaan ukuran induktor yang jauh lebih kecil.

Diod Schottky sering dilaksanakan untuk pembetulan segerak dalam jenis litar ini namun MOSFET tidak diragukan lagi adalah pilihan yang lebih baik kerana penurunan voltan untuk MOSFET biasanya jauh lebih rendah daripada diod.

Pendekatan penjimatan ruang yang lain adalah untuk menggantikan MOSFET saluran-N sisi tinggi dengan saluran-P.

Kaedah saluran-P menyingkirkan litar tambahan kompleks untuk menggerakkan gerbang, yang menjadi mustahak untuk saluran-N MOSFET di sisi tinggi.

Rajah di bawah menunjukkan reka bentuk asas penukar buck yang mempunyai M-POS saluran P yang dilaksanakan di bahagian tinggi.

Biasanya frekuensi peralihan dalam aplikasi Titik Beban yang tidak terpencil kemungkinan hampir 500kHz, atau bahkan pada waktu setinggi 2MHz.

Bercanggah dengan konsep reka bentuk sebelumnya, kerugian utama pada frekuensi tersebut ternyata adalah kerugian beralih.

Gambar di bawah menunjukkan kerugian dari MOSFET dalam aplikasi Titik Beban 3 watt yang tidak terpencil yang berjalan pada frekuensi beralih 1MHz.

Oleh itu, ia menunjukkan tahap cas gerbang yang mesti ditentukan pada saluran-P ketika dipilih untuk aplikasi sisi tinggi, berkenaan dengan peranti saluran-N sisi tinggi.

Kesimpulannya

Menerapkan M-MFF-saluran P pasti memberikan kelebihan kepada pereka dari segi konfigurasi yang kurang rumit, lebih dipercayai dan lebih baik.

Yang mengatakan untuk aplikasi tertentu, kompromi antara RDS (dihidupkan)dan QGharus dinilai dengan serius semasa memilih M-MOSFET saluran-P. Ini untuk memastikan saluran p dapat menawarkan prestasi yang optimum seperti varian saluran nnya.

Dengan hormat: Infineon




Sepasang: Cara Memperbaiki Kelawar Pemukul Nyamuk Seterusnya: Membuat Penjana Bertenaga Sendiri