DC'yi MOSFET ile değiştirmek: p-Kanal veya n-Kanal; Düşük Yan Yük mü, Yüksek Yan Yük mü?

MOSFET transistörlerin çalışma prensibini anlama zamanı geldi sanırım ...

Farz et ki;

• Bir MOSFET transistörü tarafından rezistif yük üzerindeki voltajı değiştirmek istiyorum.
• -500V ile + 500V arasında herhangi bir kontrol sinyali kolayca üretilebilir.
• Resimdeki transistör modelleri önemli değildir, başka uygun modellerde de olabilirler.

Soru # 1
Hangi sürüş teknikleri uygulanabilir? Demek istediğim, bu dört devreden hangisi doğru uygulanan kontrol sinyalleriyle çalışır?

Soru # 2
Direnci yükleyen ve boşaltan kontrol sinyallerinin (CS1, CS2, CS3, CS4) voltaj seviyesinin aralığı nedir? (Ben ve devletler bireysel olarak hesaplanmalıdır kapalı o kesin sınırlarını anlıyoruz. Ama çalışma prensibini anlamak için yaklaşık değerler için soruyorum. Gibi ifadeleri verin " devre (2) olarak, CS2 397V altında olduğunda üzerinde transistör dönüşler ve 397V’nin üzerindeyken kapanır. ".)

Tüm devreler doğru sürüldüğünde uygulanabilir, ancak 2 ve 3 çok daha yaygın, daha iyi sürüş yapmak çok kolay ve yanlış şeyler yapmamak çok daha güvenli.

Size bir dizi voltaj temelli cevap vermek yerine, onları anladığınızda çok daha kullanışlı olan bazı genel kurallar vereceğim.

• MOSFET'lerin ötesinde, imha edilebilecekleri ötesinde güvenli bir maksimum Vgs veya Vsg vardır, Bu genellikle her iki yönde de aynıdır ve daha çok inşaat ve oksit tabakası kalınlığının bir sonucudur.

• Vg, Vth ve Vgsm arasındayken MOSFET "açık" olur

  • N Kanal FET'leri için pozitif yönde.
  • P Kanalı FET'ler için negatif yönde.

Bu, FET'lerin yukarıdaki devrelerde kontrol edilmesinin bir anlam ifade eder.

Bir voltaj Vgsm'yi, geçidin kaynaktan daha güvenli bir şekilde + ve olabileceği maksimum voltaj olarak tanımlayın.
-Vgsm'yi, Vg'nin s'ye göre negatif olabileceği en fazla olarak tanımlayın.

Sadece FET'i açmak için bir geçidin wrt kaynağı olması gerektiği voltajı Vth olarak tanımlayın. Vth, N kanal FET'ler için + ve P kanal FET'ler için negatiftir.

YANİ

Devre 3
MOSFET +/- Vgsm aralığındaki Vgs için güvenlidir.
MOSFET Vgs> + Vth için açık

Devre 2
MOSFET +/- Vgsm aralığındaki Vgs için güvenlidir.
MOSFET - Vgs> -Vth için açık (yani geçit, Vth'nin büyüklüğündeki drenajdan daha negatif.

Devre 1 Tam olarak devre 3 ile aynıdır,
yani FET'e göre voltajlar aynıdır. Bunu düşündüğünde sürpriz yok. AMA Vg şimdi her zaman ~ = 400V olacaktır.

Devre 4 Tam olarak devre 2 ile aynıdır,
yani FET'e göre voltajlar aynıdır. Tekrar düşündüğünüz zaman sürpriz olmaz. AMA Vg şimdi 400V rayının her zaman ~ = 400V altında olacaktır.

yani devrelerdeki fark, bir N Kanal FET için topraklanmış Vg voltajı ve bir P kanal FET için + 400V voltaj ile ilgilidir. FET, kapısının bulunduğu mutlak voltajı "bilmez" - sadece kaynak wrt gerilimleri "umursar".

İlgili - yukarıdaki tartışmadan sonra yol boyunca ortaya çıkacaktır:

• MOSFETS '2 kadran' anahtarıdır. Yani, "4 kadran" daki kaynağa göre geçit ve drenaj kutuplarının + +, + -, - - ve - + olabileceği bir N kanalı anahtarı için, MOSFET açılacaktır.

  • Vds = + ve ve Vgs + ve

  VEYA

  • VDS negatif ve Vgs pozitif

2016 yılı başında eklendi:

S: 2 ve 3 devrelerinin çok yaygın olduğunu söylediniz, neden bu?
Anahtarlar her iki çeyrekte de çalışabilir, P kanalını N kanalına, yüksek tarafın düşük tarafa seçmesini sağlayan nedir? -

C: Bu, dikkatli bir şekilde uygularsanız büyük ölçüde orijinal cevabın içinde yer almaktadır. Fakat ...

TÜM devreler şu durumlarda yalnızca 1. kadranda çalışır: 2 kadran çalışmasıyla ilgili sorunuz yukarıdaki 4 devrenin yanlış anlaşıldığını gösterir. Sonunda 2 kadranda işlemden bahsettim (yukarıda) AMA normal operasyonda önemli değil. Yukarıdaki devrelerin 4 tanesi de 1. kadranda çalışır - yani Vgs polaritesi = Vds açıldığında her zaman polaritesidir.
2. kadran çalışması mümkündür, yani
Vgs polaritesi = - Vds polaritesi her zaman açıldığında VUT,
bu genellikle FET'teki yerleşik "vücut diyotu" nedeniyle komplikasyonlara neden olur - sonunda "Vücut Diyotu" bölümüne bakın.

Devreler 2 ve 3'te kapı tahrik gerilimi daima güç besleme raylarının arasında bulunur ve bu da tahrik gerilimlerini türetmek için "özel" düzenlemelerin kullanılmasını gereksiz kılar.

Devre 1'de, MOSFET'i açmaya yetecek kadar VG alabilmek için kapı tahriki 400V rayın üzerinde olmalıdır.

Devre 4'te kapı voltajı toprak altında olmalıdır.

Bu gibi voltajları elde etmek için genellikle önyükleme yapmak için genellikle bir diyot kapasitörlü "pompa" kullanan "önyükleme" devreleri kullanılır.

Ortak bir düzenleme bir köprüde 4 x N Kanalı kullanmaktır.
2 x alçak taraf FET'lerinde normal kapı tahriği vardır - 0/12 V diyelim ve 2 yüksek taraf FETS'nin (burada) FET açıldığında 4 V'yi yüksek taraf FETS'e + 12 V beslemesi için kaydetmesi gerekir. Bu teknik olarak zor değil ama daha çok, daha çok yanlış giden ve tasarlanması gereken bir şey. Önyükleme kaynağı genellikle PWM anahtarlama sinyalleri tarafından tahrik edilir, bu nedenle hala üst kapı tahriki alabileceğiniz daha düşük bir frekans vardır. AC'yi kapatın ve önyükleme voltajı kaçak altında azalmaya başlar. Yine, zor değil, kaçınmak için güzel.

4 x N kanalın kullanılması,
hepsi eşleştiği için "
hoştur " , Rdson genellikle aynı P kanalından aynı $ için daha düşüktür.
NOT !!!: Paketler sekmeli ise veya yalıtımlı montaj kullanıyorsa, hepsi aynı soğutucu üzerinde birlikte gidebilir - AMA SORUN !!!
Bu durumda

• Alt 2 var

  • drenajlarda 400V anahtarlamalı ve

  • kaynaklar topraklı

  • kapılar 0 / 12V'da.

süre

• üst 2 var

  • kanalizasyonda kalıcı 400V ve

  • kaynaklarda 400V açık ve

  • Kapılarda 400/412 V.

Vücut diyotu: Genellikle karşılaşılan tüm FETS'ler, drenaj ve kaynak arasında "içsel" veya "parazitik" ters taraflı vücut diyotuna sahiptir. Normal işletimde bu amaçlanan işlemi etkilemez. FET 2. kadranda çalıştırılıyorsa (örneğin N Kanal Vds = -ve, Vgs = + ve) [[pedantry: :-) isterseniz :-) arayın]], FET çevrildiğinde gövde diyotu uygulanacaktır. Vds -ve iken kapalı. Bunun yararlı ve arzu edildiği durumlar vardır, ancak bunlar örneğin 4 FET köprüsünde yaygın olarak bulunanlar değildir.

* Vücut diyotu, cihaz katmanlarının oluşturulduğu substrat nedeniyle iletkendir. Yalıtım substratı olan cihaz (Saphire'daki Silikon gibi), bu iç gövde diyotuna sahip değildir, ancak genellikle çok pahalı ve uzmandır.

Bu iyi bir soru! Diğer cevapların kaçırdığı bazı nüanslar var, bu yüzden içeri gireceğimi düşündüm.

Kısa cevap şudur:

• Topoloji # 3 (alçak-taraf N-kanal anahtarı) en yaygın kullanılanıdır. MOSFET kaynak terminali toprağa bağlı olduğundan, bunun için kapı sürücüsü basittir. Kapatmak için kapıyı toprağa bağlayın. Açmak için kapıyı toprak üstünde 5-10V'luk bir voltaja bağlayın. MOSFET veri sayfanızı okuyunuz, size hangi kapı voltajını vermeniz gerektiğini söyleyecektir.

Bu topolojiyi ne zaman kullanmazsın? Bunu yapmanın tek önemli nedeni, elektrik güvenliği için veya elektromanyetik radyasyon / duyarlılığı en aza indirgemek için devre terminaline bağlı bir terminalin olması gereken bir yükünüz varsa. Bazı motorlar / fanlar / pompalar / ısıtıcılar / vb. Bunu yapmalıdır , bu durumda yüksek yan topoloji # 1 veya # 2'yi kullanmaya zorlanırsınız.

• Bir N-kanal yüksek-taraf şalteri (Topology # 1), nispeten büyük / fiyatlı bir P-kanal yüksek-taraf şalterinden daha iyi bir performansa sahiptir, ancak kapı tahriki daha karmaşıktır ve N-kanal MOSFET kaynağına göre olmalıdır Devre anahtarları olarak değişen, ancak yüksek taraf N-kanal MOSFETS sürmek için tasarlanmış özel geçit sürücü IC'leri vardır. Yüksek voltajlı veya yüksek güçlü uygulamalar genellikle bu topolojiyi kullanır.

• Bir P-kanalı yüksek-taraf şalteri (Topology # 2) nispeten büyük / fiyatlı bir N-kanal yüksek taraf şalterinden daha kötü bir performansa sahiptir, ancak kapı tahriki basittir: kapıyı pozitif raya ("+ 400V") bağlayın çizim) kapatmak için, ve kapıyı açmak için pozitif rayın altında 5-10V altındaki bir voltaja bağlayın. Eh, çoğunlukla basit. Düşük besleme gerilimlerinde (5-15V), MOSFET'i açmak için sadece kapıyı toprağa bağlayabilirsiniz. Daha yüksek voltajlarda (15-50V), genellikle bir direnç ve bir zener diyot ile bir ön besleme kaynağı oluşturabilirsiniz. 50V'un üstünde veya anahtarın hızlı açılması gerekiyorsa, bu pratik olmaz ve bu topoloji daha az kullanılır.

• Son topoloji # 4 (alçak-taraf P-kanal anahtarı) tüm dünyaların en kötüsüne sahiptir (daha kötü cihaz performansı, karmaşık kapı tahrik devresi) ve aslında hiç kullanılmaz.

Bir blog gönderisine daha ayrıntılı bir tartışma yazdım .

Kontrol voltajının toprağa bağlı olup olmadığını ya da yüzebileceğini belirtmezsiniz.

Devre 3, en pratik N-kanal şemasıdır. Kaynak, toprağa göre sabit bir voltajdadır; bu, kontrol etmek için sabit bir geçit kaynağı voltajı sağlayabileceğiniz anlamına gelir. MOSFET, cihaza bağlı olarak, yerden +2.5 ile + 12V arasında herhangi bir yerde 'açık' olacaktır.

Devre 1 yanıltıcıdır. MOSFET kapalıyken, kaynak biraz yüzer bir düğümden geliyor (sıfıra yakın bir yerde oturan bir direnç bölücü olduğunu düşünün). MOSFET açıkken, doygunluk varsayılarak kaynak 400V'ye çok yakın olacaktır. Hareketli bir kaynak, kapıdan toprağa kontrol voltajının, MOSFET'i açık tutmak için de hareket etmesi gerektiği anlamına gelir.

Kontrol voltajını MOSFET kaynağına ve toprağa değil referans alırsanız, Devre 1 daha iyidir. MOSFET'i, bir puls transformatörünün veya şarj pompası sürücüsünün kullanılmasına izin vermek için yeterince küçük bir zamanda PWM sinyaliyle sürmeyi planlıyorsanız, bu çok önemlidir. Kontrol voltajını MOSFET kaynağına sabitlemek, MOSFET'in sürücüyü etkilemeden istediği gibi yukarı ve aşağı yüzebilmesi anlamına gelir.

Devre 2, devre 3'e benzerdir. Kontrol voltajı toprağa referans veriyorsa, kapıdan toprağa (kapıdan kaynağa -2,5 ila -12V) 397,5V ila 388V olduğunu kanıtlamak MOSFET'i açacaktır. Kaynak sabittir (her zaman + 400V'de), böylece geçidin kontrol edilmesi, ihtiyacınız olan tek şey sabit bir voltaj anlamına gelir. (400V veri yolunuz çökmediği sürece, fakat bu başka bir konudur).

Devre 4, devre 2 gibi, yanıltıcıdır. MOSFET kapalıyken, kaynak 400V'a yakın oturur. Açık olduğunda sıfıra yaklaşır. Değişken bir kaynak, tekrar dağınık bir teklif olan toprağa göre değişken bir kapı temini anlamına gelir.

Genel olarak, kaynaklarınızı mümkün olduğunda sabit tutun veya yüzmeleri gerekiyorsa, kontrol etmek için değişken bir kaynak kullanın.