P-Channel MOSFET في تطبيقات H-Bridge

P-Channel MOSFET في تطبيقات H-Bridge

قد يبدو تنفيذ دوائر MOSFET ذات القناة P في دائرة جسر H أمرًا سهلاً ومغريًا ، إلا أنه قد يتطلب بعض الحسابات والمعلمات الصارمة لتحقيق الاستجابة المثلى.



عادةً ما يتم تنفيذ وحدات MOSFET ذات القناة P لتبديل تشغيل / إيقاف التحميل. تتيح سهولة استخدام خيارات القناة P على الجانب العالي أن تكون مريحة للغاية للتطبيقات مثل محركات الجهد المنخفض (شبكات H-Bridge) ونقطة الأحمال غير المعزولة (محولات باك) وفي التطبيقات التي الفضاء قيد حرج.

تتمثل الميزة الرئيسية لـ P-channel MOSFET في استراتيجية قيادة البوابة الاقتصادية حول موضع المفتاح الجانبي العالي وتساعد بشكل عام على جعل النظام فعال التكلفة للغاية.





في هذه المقالة نستكشف استخدام P-channel MOSFETs كمفتاح جانبي مرتفع لتطبيقات H-Bridge

قناة P مقابل إيجابيات وسلبيات قناة N

متي تستخدم في تطبيق تبديل الجانب العالي تصادف أن جهد المنبع لقناة N-MOSFET في إمكانات متزايدة فيما يتعلق بالأرض.



لذلك ، يتطلب تشغيل MOSFET N-channel هنا سائق بوابة مستقل مثل دائرة تمهيد التشغيل ، أو ترتيب يتضمن مرحلة محول النبض.

تتطلب برامج التشغيل هذه مصدر طاقة منفصلًا ، بينما يمكن أن يمر حمل المحول في بعض الأحيان بظروف غير متوافقة.

من ناحية أخرى ، قد لا يكون هذا هو الحال مع P-channel MOSFET. يمكنك بسهولة قيادة مفتاح جانبي عالي القناة P باستخدام دائرة شيفتر عادية (مغير مستوى الجهد). يؤدي تحقيق ذلك إلى تبسيط الدائرة وتقليل التكلفة الشاملة بشكل فعال.

بعد قولي هذا ، فإن النقطة التي يجب أخذها في الاعتبار هنا هي أنه قد يكون من الصعب للغاية تحقيق R متطابقDS (تشغيل)الكفاءة لـ P-channel MOSFET على عكس قناة N باستخدام أبعاد الرقاقة المماثلة.

نظرًا لحقيقة أن تدفق الموجات الحاملة في قناة N أكبر بحوالي 2 إلى 3 مرات من تدفق القناة P ، لنفس R بالضبطDS (تشغيل)النطاق يحتاج جهاز P-channel إلى أن يكون حجمه أكبر بمرتين إلى ثلاث مرات من نظيره في القناة N.

يؤدي حجم الحزمة الأكبر إلى تقليل التسامح الحراري لجهاز P-channel ويزيد أيضًا من مواصفاته الحالية. يؤثر هذا أيضًا على فعاليتها الديناميكية بشكل متناسب بسبب زيادة حجم الحالة.

لذلك ، في تطبيق التردد المنخفض حيث تميل خسائر التوصيل إلى الارتفاع ، تحتاج الدائرة P-channel MOSFET إلى RDS (تشغيل)المقابلة لقناة N. في مثل هذه الحالة ، يجب أن تكون المنطقة الداخلية P-channel MOSFET أكبر من تلك الخاصة بالقناة N.

علاوة على ذلك ، في التطبيقات عالية التردد حيث تكون خسائر التبديل عادةً عالية ، يجب أن تمتلك P-channel MOSFET قيمة رسوم بوابة مماثلة لقناة N.

في مثل هذه الحالات ، يمكن أن يكون حجم P-channel MOSFET على قدم المساواة مع N-channel ولكن مع مواصفات حالية مخفضة مقارنة ببديل N-channel.

ومن ثم ، يجب اختيار MOSFET المثالي بقناة P بحذر مع مراعاة R المناسبةDS (تشغيل)ومواصفات رسوم البوابة.

كيفية تحديد P-channel MOSFET لتطبيق ما

هناك العديد من تطبيقات التحويل حيث يمكن تطبيق P-channel MOSFET بشكل فعال ، على سبيل المثال محركات الجهد المنخفض ونقطة الأحمال غير المعزولة.

في هذه الأنواع من التطبيقات ، عادةً ما تكون الإرشادات الحاسمة التي تحكم اختيار MOSFET هي مقاومة تشغيل الجهاز (RDS (تشغيل)) ورسوم البوابة (Qجي). ينتج عن أي من هذه المتغيرات أهمية أكبر بناءً على تردد التبديل في التطبيق.

للتطبيق في شبكات محرك الجهد المنخفض مثل تكوين الجسر الكامل أو الجسر B6 (الجسر ثلاثي الطور) ، يتم استخدام N-channel MOSFETs بشكل شائع مع محرك (تحميل) ومصدر تيار مستمر.

العامل المساس للجوانب الإيجابية التي تقدمها أجهزة N-channel هو التعقيد الأعلى في تصميم محرك البوابة.

يتطلب محرك البوابة لمفتاح الجانب العالي ذو القناة N أ دائرة التمهيد التي تولد جهد بوابة أكبر من سكة إمداد جهد المحرك ، أو بالتناوب مصدر طاقة مستقل لتشغيله. يؤدي التعقيد المتزايد في التصميم عمومًا إلى أعمال تصميم أكبر ومنطقة تجميع أعلى.

يوضح الشكل أدناه الفرق بين الدائرة المصممة باستخدام دوائر MOSFET التكميلية لقناة P و N والدائرة ذات 4 N-channel MOSFETs فقط.

باستخدام 4 وحدات موسفيت N-channel فقط

في هذا الترتيب ، إذا تم بناء المفتاح الجانبي العالي مع P-channel MOSFET ، فإن تصميم السائق يبسط التخطيط بشكل كبير ، كما هو موضح أدناه:

باستخدام P و N-channel MOSFETs

الحاجة إلى ملف مضخة الشحن يتم التخلص منه لتبديل مفتاح الجانب العالي. هنا يمكن ببساطة دفع هذا مباشرة عن طريق إشارة الإدخال ومن خلال محول المستوى (محول 3 فولت إلى 5 فولت ، أو مرحلة محول 5 فولت إلى 12 فولت).

تحديد P-channel MOSFETs لتبديل التطبيقات

عادةً ما تعمل أنظمة القيادة ذات الجهد المنخفض مع تبديل الترددات في نطاق من 10 إلى 50 كيلو هرتز.

في هذه النطاقات ، يحدث تبديد طاقة MOSFET تقريبًا عن طريق خسائر التوصيل ، بسبب المواصفات الحالية العالية للمحرك.

لذلك ، في مثل هذه الشبكات ، تكون P-channel MOSFET مع R المناسبةDS (تشغيل)يجب أن يتم اختياره لتحقيق الكفاءة المثلى.

يمكن فهم ذلك من خلال التفكير في رسم توضيحي لمحرك جهد منخفض بقدرة 30 وات يعمل ببطارية 12 فولت.

بالنسبة إلى MOSFET عالي القناة P ، قد يكون لدينا خياران في متناول اليد - أحدهما لديه R مكافئDS (تشغيل)يمكن مقارنتها بالجانب المنخفض N-channel والأخرى لها رسوم بوابة مماثلة.

يعرض الجدول التالي المكونات المطبقة على محرك الجسر الكامل منخفض الجهد الذي يحتوي على R مماثلةDS (تشغيل)وبواسطة رسوم بوابة مماثلة لتلك الخاصة بـ N-channel MOSFET على الجانب المنخفض.

يوضح الجدول أعلاه الذي يصور خسائر MOSFET داخل تطبيق معين أن خسائر الطاقة الإجمالية تحكمها خسائر التوصيل كما هو موضح في الرسم البياني الدائري التالي.

بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أنه إذا كانت P-channel MOSFET مفضلة لها رسوم بوابة قابلة للمقارنة كتلك الخاصة بالقناة N ، فإن خسائر التبديل ستكون متطابقة ، ولكن قد تكون خسائر التوصيل مرتفعة للغاية.

لذلك ، بالنسبة لتطبيقات التبديل المنخفضة ذات الترددات المنخفضة ، يجب أن يكون لدى MOSFET ذات الجانب P عالي الجانب R متشابهة. DS (تشغيل) مثل قناة N ذات الجانب المنخفض.

نقطة الأحمال غير المعزولة (POL)

نقطة الأحمال غير المعزولة هي طوبولوجيا محول كما هو الحال في محولات باك حيث لا يتم عزل الإخراج عن الإدخال ، على عكس تصاميم flyback حيث تكون مراحل المدخلات والمخرجات معزولة تمامًا.

بالنسبة لنقطة الأحمال منخفضة الطاقة غير المعزولة هذه التي تحتوي على طاقة خرج أقل من 10 وات ، تمثل إحدى أكبر صعوبات التصميم. يجب أن يكون التحجيم في حده الأدنى مع الحفاظ على درجة مرضية من الكفاءة.

إحدى الطرق الشائعة لتقليل حجم المحول هي استخدام قناة N-channel mosfet كسائق جانبي مرتفع ، وزيادة تردد التشغيل إلى مستوى أعلى بشكل كبير. يسمح التحويل الأسرع باستخدام حجم محث أصغر بكثير.

غالبًا ما يتم تنفيذ ثنائيات شوتكي من أجل التصحيح المتزامن في هذه الأنواع من الدوائر ، ولكن مما لا شك فيه أن MOSFETs هي خيار أفضل نظرًا لأن انخفاض الجهد في MOSFETs عادة ما يكون أقل بكثير من الصمام الثنائي.

يتمثل نهج آخر لتوفير المساحة في استبدال الجانب العالي من MOSFET ذي القناة N بقناة P.

تتخلص طريقة القناة P من الدوائر التكميلية المعقدة لقيادة البوابة ، الأمر الذي يصبح ضروريًا لـ N-channel MOSFET على الجانب العالي.

يوضح الرسم البياني أدناه التصميم الأساسي لمحول باك يحتوي على P-channel MOSFET مطبق على الجانب المرتفع.

عادةً ما تكون ترددات التبديل في تطبيقات نقطة التحميل غير المعزولة قريبة من 500 كيلو هرتز ، أو حتى في بعض الأحيان تصل إلى 2 ميجا هرتز.

على عكس مفاهيم التصميم السابقة ، تبين أن الخسارة الرئيسية في مثل هذه الترددات هي خسائر التبديل.

يوضح الشكل أدناه الخسارة من MOSFET في تطبيق نقطة تحميل غير معزول 3 وات يعمل بتردد تبديل يبلغ 1 ميجاهرتز.

وبالتالي فإنه يوضح مستوى شحنة البوابة التي يجب تحديدها لقناة P عند اختيارها لتطبيق عالي الجانب ، فيما يتعلق بجهاز قناة N عالية الجانب.

خاتمة

لا شك أن تطبيق P-channel MOSFET يمنحك مزايا المصممين من حيث التكوين الأقل تعقيدًا والموثوقية وتحسين التكوين.

ومع ذلك ، بالنسبة لتطبيق معين ، فإن التسوية بين RDS (تشغيل)وسجييجب تقييمها بجدية أثناء اختيار P-channel MOSFET. هذا لضمان أن القناة p قادرة على تقديم الأداء الأمثل تمامًا مثل متغير n-channel.

كياسة: إنفينيون




زوج من: كيفية إصلاح خفافيش منشة البعوض التالي: صنع مولد يعمل بالطاقة الذاتية