Dubbelriktad omkopplare

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





I det här inlägget lär vi oss om MOSFET dubbelriktade strömbrytare, som kan användas för att köra en last över två punkter dubbelriktat. Detta görs helt enkelt genom att ansluta två N-kanals eller P-kanals MOSFETs bakåt och bakåt i serie med den angivna spänningsledningen.

Vad är en dubbelriktad omkopplare

En dubbelriktad strömbrytare (BPS) är en aktiv enhet byggd med MOSFET eller IGBT , vilket möjliggör tvåvägs tvåflödesflöde när den är PÅ, och blockerar ett dubbelriktat flödesflöde när den är AV.



Eftersom den kan hantera båda vägarna kan en dubbelriktad omkopplare jämföras och symboliseras som en normal På / Av knapp enligt nedanstående:

Här kan vi se att en positiv spänning appliceras vid omkopplarens punkt 'A' och en negativ potential appliceras vid punkt 'B', vilket gör att strömmen kan strömma över 'A' till 'B'. Åtgärden kan vändas genom att helt enkelt ändra spänningens polaritet. Betydelsen att punkterna 'A' och 'B' i BPS kan användas som utbytbara ingångs- / utgångsterminaler.



Det bästa applikationsexemplet på en BPS kan ses i alla MOSFET-baserade reklamfilmer SSR-design .

Egenskaper

I Kraftelektronik , definieras egenskaperna hos en dubbelriktad omkopplare (BPS) som en fyrkvadrantomkopplare som har förmågan att leda positiv eller negativ ström i PÅ-tillståndet, och även blockera positiv eller negativ ström i AV-tillstånd. Fyra-kvadranten PÅ / AV-diagram för en BPS visas nedan.

I ovanstående diagram anges kvadranten i grön färg vilket indikerar enheternas PÅ-tillstånd oavsett polariteten på matningsströmmen eller vågformen.

I ovanstående diagram indikerar den röda raka linjen att BPS-enheterna är i OFF-läge och erbjuder absolut ingen ledning oavsett spänningens eller vågformens polaritet.

Huvudfunktioner som en BPS borde ha

  • En dubbelriktad omkopplingsanordning måste vara mycket anpassningsbar för att möjliggöra enkel och snabb strömledning från båda sidor, dvs över A till B och B till A.
  • När den används vid likströmsapplikation måste en BPS uppvisa lägsta motstånd (Ron) för förbättrad spänningsreglering av belastningen.
  • Ett BPS-system måste vara utrustat med lämpliga skyddskretsar för att motstå plötslig rusström under en polaritetsförändring eller vid relativt höga omgivningstemperaturförhållanden.

Dubbelriktad brytarkonstruktion

En dubbelriktad omkopplare är konstruerad genom att ansluta MOSFETs eller IGBTs bakåt och bakåt i serie som visas i följande figurer.

Här kan vi bevittna tre grundläggande metoder genom vilka en dubbelriktad omkopplare kan konfigureras.

I det första diagrammet konfigureras två P-kanals MOSFET-enheter med sina källor anslutna rygg mot rygg med varandra.

I det andra diagrammet kan två N-kanals MOSFETS ses anslutna över sina källor för implementering av en BPS-design.

I den tredje konfigurationen visas två N-kanals MOSFETs anslutna dränering för att dränera för att utföra den avsedda dubbelriktade ledningen.

Grundläggande funktionsdetaljer

Låt oss ta exemplet med den andra konfigurationen, där MOSFET: erna är förenade med sina källor rygg mot rygg, låt oss föreställa oss att positiv spänning appliceras från 'A' och negativ till 'B', som visas nedan:

I det här fallet kan vi se att när grindspänningen appliceras tillåts ström från 'A' att strömma genom vänster MOSFET, sedan genom den interna framåtförspända dioden D2 på höger MOSFET, och slutligen slutför ledningen vid punkt 'B '.

När spännings polariteten vänds från 'B' till 'A' vänder MOSFET och deras inre dioder sina positioner som visas i följande bild:

I ovanstående situation kopplas den högra sidan MOSFET på BPS PÅ tillsammans med D1, som är den inre kroppsdioden på vänster MOSFET, för att möjliggöra ledning från 'B' till 'A'.

Göra diskreta dubbelriktade omkopplare

Låt oss nu lära oss hur en dubbelriktad omkopplare kan byggas med hjälp av diskreta komponenter för en avsedd tvåvägsomkopplingsapplikation.

Följande diagram visar den grundläggande BPS-implementeringen med P-kanal MOSFET:

Använda P-Channel MOSFETS

Dubbelriktad omkopplingskrets med P-kanal MOSFET

När punkt 'A' är positiv blir den vänstra kroppsdioden förspänd och leder, följt av höger sida p-MOSFET, för att slutföra ledningen vid punkt 'B'.

När punkt 'B' är positiv, blir motsatta respektive komponenter aktiva för ledningen.

Den nedre N-kanalen MOSFET styr ON / OFF-tillstånden för BPS-enheten genom lämpliga PÅ / AV-grindkommandon.

Motståndet och kondensatorn skyddar BPS-enheterna från en möjlig rusningsström.

Att använda P-kanal MOSFET är dock aldrig det perfekta sättet att implementera en BPS på grund av deras höga RDSon . Därför kan dessa kräva större och dyrare enheter för att kompensera mot värme och andra relaterade ineffektiviteter, jämfört med N-kanalbaserad BPS-design.

Använda N-Channel MOSFETS

I nästa design ser vi ett idealiskt sätt att implementera en BPS-krets med N-kanal MOSFET.

I denna diskreta dubbelriktade omkopplingskrets används back-to-back-anslutna N-chanel MOSFETs. Denna metod kräver en extern drivkrets för att underlätta tvåvägs kraftledning från A till B och i omvänd riktning.

Schottky-dioderna BA159 används för att multiplexera matningarna från A och B för att aktivera laddningspumpkretsen, så att laddningspumpen kan generera nödvändig mängd PÅ-spänning för N-kanals MOSFET.

Laddningspumpen kan byggas med en standard spänningsdubblerkrets eller en liten öka växlingen krets.

3,3 V används för att driva laddningspumpen optimalt, medan Schottky-dioderna hämtar grindspänningen direkt från respektive ingång (A / B) även om ingångsförsörjningen är så låg som 6 V. Denna 6 V fördubblas sedan av ladda ump för MOSFET-grindarna.

Den nedre N-kanals MOSFET är för att styra ON / OFF-omkopplingen av dubbelriktningsomkopplaren enligt önskade specifikationer.

Den enda nackdelen med att använda en N-kanal MOSFET jämfört med den tidigare diskuterade P-kanalen är dessa extra komponenter som kan konsumera extra utrymme på PCB. Denna nackdel uppvägs emellertid av den låga R (på) MOSFET: erna och högeffektiv ledning, och MOSFET: er för låg kostnad i liten storlek.

Med detta sagt ger denna design inte heller något effektivt skydd mot överhettning, och därför kan överdimensionerade enheter övervägas för applikationer med hög effekt.

Slutsats

En dubbelriktad omkopplare kan byggas ganska enkelt med hjälp av ett par rygg-till-bak-anslutna MOSFET. Dessa omkopplare kan implementeras för många olika applikationer som kräver en dubbelriktad omkoppling av lasten, t.ex. från växelströmskälla.

Referenser:

TPS2595xx, 2,7 V till 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse med snabbt överspänningsskydd datablad

TPS2595xx Designberäkningsverktyg

E-säkringsenheter




Tidigare: Jämförelsekretsar med IC 741, IC 311, IC 339 Nästa: Diodjustering: Half-Wave, Full-Wave, PIV