P kanalo MOSFET „H-Bridge“ programose

P kanalų MOSFET diegimas H-tilto grandinėje gali atrodyti lengvai ir viliojančiai, tačiau norint pasiekti optimalų atsaką, gali prireikti griežtų skaičiavimų ir parametrų.

P-kanalų MOSFET paprastai yra naudojami apkrovos įjungimui / išjungimui. Lengvas P kanalo parinkčių naudojimas aukštoje pusėje leidžia jiems būti labai patogus tokioms programoms kaip žemos įtampos pavaros („H-Bridge Networks“) ir neizoliuotiems apkrovos taškams („Buck“ keitikliai) ir tose programose, kuriose erdvė yra kritinis apribojimas.

Pagrindinis „P“ kanalo „MOSFET“ privalumas yra ekonomiška vartų vairavimo strategija, nukreipta į aukštą šoninio jungiklio padėtį, ir paprastai padeda sistemą padaryti labai ekonomišką.

Šiame straipsnyje mes ištyrėme P kanalų MOSFET naudojimą kaip aukštą šoninį jungiklį H-Bridge programoms

P kanalas, palyginti su N kanalu, už ir prieš

Kada naudojamas aukšto šoninio jungiklio programoje N kanalo MOSFET šaltinio įtampa būna padidėjusi, atsižvelgiant į žemę.

Todėl čia, norint valdyti N kanalo MOSFET, reikia nepriklausomos vartų tvarkyklės, tokios kaip įkrovos grandinė, arba susitarimo, susijusio su impulso transformatoriaus pakopa.

Šie vairuotojai reikalauja atskiro maitinimo šaltinio, o transformatoriaus apkrova kartais gali susidurti su nesuderinamomis aplinkybėmis.

Kita vertus, tai gali būti ne su P kanalo MOSFET. P kanalo aukšto šoninio jungiklio valdymą galite lengvai atlikti naudodami įprastą lygio perjungiklio grandinę (įtampos lygio keitiklį). Tai pasiekus, racionalizuojama grandinė ir efektyviai sumažinamos visos išlaidos.

Tai pasakius, čia reikia atsižvelgti į tai, kad gali būti labai sunku pasiekti tą patį R_{DS (įjungta)}P kanalo MOSFET efektyvumas, priešingai nei N kanalas, naudojant panašų lusto matmenį.

Atsižvelgiant į tai, kad nešėjų srautas N kanale yra maždaug 2–3 kartus didesnis nei P kanale, tiksliai tas pats R_{DS (įjungta)}diapazoną, P kanalo įrenginio dydis turi būti 2–3 kartus didesnis nei jo N kanalo atitikmens.

Didesnis pakuotės dydis sumažina P kanalo įtaiso šiluminę toleranciją ir padidina jo dabartines specifikacijas. Tai taip pat turi įtakos jo dinaminiam efektyvumui dėl padidėjusio bylos dydžio.

Todėl taikant žemo dažnio programą, kurioje laidumo nuostoliai būna dideli, P kanalo MOSFET turi turėti R_{DS (įjungta)}atitinkantis N kanalo. Tokiu atveju P kanalo MOSFET vidinis regionas turi būti didesnis nei N kanalo.

Be to, aukšto dažnio programose, kur perjungimo nuostoliai paprastai yra dideli, P kanalo MOSFET turėtų turėti vartų įkrovos vertę, panašią į N kanalą.

Tokiais atvejais P kanalo MOSFET dydis gali prilygti N kanalo dydžiui, tačiau su mažesne srovės specifikacija, palyginti su N kanalo alternatyva.

Taigi, atsižvelgiant į tinkamą R, reikia atsargiai pasirinkti idealų P kanalo MOSFET_{DS (įjungta)}ir vartų įkrovimo specifikacijos.

Kaip pasirinkti programos P kanalo MOSFET

Yra daugybė perjungimo programų, kuriose galima efektyviai taikyti P kanalo MOSFET, pavyzdžiui, žemos įtampos pavaros ir neizoliuoti apkrovos taškai.

Tokio tipo programose svarbiausios gairės, reglamentuojančios MOSFET pasirinkimą, paprastai yra prietaiso atsparumas įjungimui (R_{DS (įjungta)}) ir vartų mokestis (Q_G). Bet kuris iš šių kintamųjų tampa svarbesnis, atsižvelgiant į perjungimo dažnį programoje.

Taikant žemos įtampos pavaros tinkluose, pvz., Viso tilto arba B6 tilto (3 fazių tiltas) konfigūracijoje, dažniausiai naudojami N kanalų MOSFET su varikliu (apkrova) ir nuolatine srove.

N-kanalų įtaisų teigiamų aspektų kompromisinis veiksnys yra didesnis vartų tvarkyklės sudėtingumas.

N kanalo aukšto šoninio jungiklio vartų tvarkyklė reikalauja a įkrovos grandinė sukuria vartų įtampą, didesnę nei variklio įtampos tiekimo bėgis, arba pakaitomis nepriklausomą maitinimo šaltinį, kad jį įjungtumėte. Didesnis projektavimo sudėtingumas paprastai lemia didesnį projektavimo darbą ir didesnį surinkimo plotą.

Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas skirtumas tarp grandinės, suprojektuotos naudojant papildomus P ir N kanalų MOSFET, ir grandinės, turinčios tik 4 N kanalų MOSFET.

Naudojant tik 4 N kanalų MOSFETS

Tokiu atveju, jei aukštasis šoninis jungiklis yra pastatytas su P kanalo MOSFET, vairuotojo dizainas labai supaprastina išdėstymą., Kaip parodyta žemiau:

Naudojant P ir N kanalų MOSFET

Įkrovos poreikis įkrovimo siurblys yra pašalintas, norint perjungti aukšto šoninio jungiklio padėtį. Čia tai tiesiog galima valdyti tiesiogiai įvesties signalu ir per lygio perjungiklį (nuo 3 V iki 5 V keitiklio arba nuo 5 V iki 12 V keitiklio pakopos).

P-kanalų MOSFET pasirinkimas programoms perjungti

Paprastai žemos įtampos pavaros sistemos veikia perjungimo dažniais nuo 10 iki 50kHz.

Šiuose diapazonuose beveik visos MOSFET galios išsisklaidymas įvyksta dėl laidumo nuostolių dėl didelių variklio srovės specifikacijų.

Todėl tokiuose tinkluose P kanalo MOSFET su atitinkamu R_{DS (įjungta)}turėtų būti pasirinktas optimaliam efektyvumui pasiekti.

Tai galima suprasti apmąstant 30 W žemos įtampos pavaros, veikiančios su 12 V baterija, iliustraciją.

Dėl aukšto šoninio P kanalo MOSFET galime turėti keletą variantų - vieną, kad būtų lygiavertis R_{DS (įjungta)}panašus į žemosios pusės N kanalą ir kitas, kad būtų panašūs vartų mokesčiai.

Šioje lentelėje pateikiami komponentai, taikomi viso tilto žemos įtampos pavarai, kurios R yra lyginamasis_{DS (įjungta)}ir su tokiais pačiais vartų įkrovimais kaip ir N kanalo MOSFET apatinėje pusėje.

Aukščiau pateiktoje lentelėje, vaizduojančioje MOSFET nuostolius konkrečioje programoje, paaiškėja, kad bendruosius galios nuostolius reguliuoja laidumo nuostoliai, kaip įrodyta šioje skritulinėje diagramoje.

Be to, atrodo, kad jei pirmenybė teikiama P kanalo MOSFET, turintiems panašius vartų įkrovimus, kaip ir N kanalo, perjungimo nuostoliai bus identiški, tačiau laidumo nuostoliai greičiausiai gali būti pernelyg dideli.

Todėl žemo dažnio programoms, naudojančioms žemesnį dažnį, aukštojo šoninio P kanalo MOSFET turėtų turėti panašų R _{DS (įjungta)} kaip ir žemosios pusės N kanalo.

Neizoliuotas krovinių taškas (POL)

Neizoliuotas apkrovos taškas yra keitiklio topologija, pvz., „Buck“ konverteriuose, kur išvestis nėra izoliuota nuo įvesties, skirtingai nei „flyback“ dizainai kur įvesties ir išvesties etapai yra visiškai izoliuoti.

Tokiems mažos galios neizoliuotiems apkrovos taškams, kurių išėjimo galia yra mažesnė nei 10 W, kyla vienas didžiausių projektavimo sunkumų. Dydis turi būti minimalus, išlaikant pakankamą efektyvumą.

Vienas iš populiariausių būdų sumažinti keitiklio dydį yra naudoti N kanalo „mosfet“ kaip aukštą šoninį tvarkyklę ir padidinti veikimo dažnį iki žymiai didesnio lygio. Greitesnis perjungimas leidžia naudoti žymiai sumažintą induktoriaus dydį.

„Schottky“ diodai dažnai naudojami sinchroniniam taisymui šių tipų grandinėse, tačiau neabejotinai MOSFET yra geresnis pasirinkimas, nes MOSFET įtampos kritimas paprastai yra žymiai mažesnis nei diodas.

Kitas vietos taupymo būdas būtų aukšto šono N kanalo MOSFET pakeisti P kanalu.

P kanalo metodas pašalina sudėtingas papildomas grandines vartams varyti, o tai tampa būtina N kanalo MOSFET iš aukšto šono.

Žemiau pateiktoje diagramoje parodytas pagrindinis „buck“ keitiklio, kurio aukštojoje pusėje įdiegtas P kanalo MOSFET, dizainas.

Paprastai perjungimo dažniai neizoliuotose „Point of Load“ programose greičiausiai bus artimi 500 kHz arba net kartais net iki 2 MHz.

Prieštaraujant ankstesnėms dizaino koncepcijoms, pagrindiniai nuostoliai tokiais dažniais pasirodo perjungimo nuostoliai.

Žemiau pateiktame paveiksle pavaizduoti nuostoliai iš MOSFET 3 vatų neizoliuotoje apkrovos taško programoje, veikiančioje 1MHz perjungimo dažniu.

Taigi jis parodo vartų įkrovos lygį, kuris turi būti nurodytas P kanalui, kai jis yra pasirinktas aukšto šono taikymui, atsižvelgiant į aukšto šono N kanalo įtaisą.

Išvada

P-kanalo MOSFET naudojimas neabejotinai suteikia dizaineriams pranašumų dėl mažiau sudėtingos, patikimesnės ir patobulintos konfigūracijos.

Tai pasakė apie tam tikrą programą - kompromisas tarp R_{DS (įjungta)}ir Q_Gturėtų būti rimtai įvertinta renkantis P kanalo MOSFET. Taip siekiama užtikrinti, kad p kanalas galėtų pasiūlyti optimalų našumą, kaip ir jo n kanalo variantas.

Mandagumas: Infineon