Implementering av P-kanal MOSFET i en H-brokrets kan se lett og fristende ut, men det kan kreve noen strenge beregninger og parametere for å oppnå en optimal respons.
P-kanals MOSFET-er implementeres vanligvis for å slå på / av last. Den enkle bruken av P-kanalalternativer på høysiden gjør at de er veldig praktiske for applikasjoner som lavspenningsdrev (H-Bridge Networks) og ikke-isolerte lastepunkter (Buck Converters) og i applikasjoner der rom er en kritisk begrensning.
Den viktigste fordelen med en P-kanal MOSFET er den økonomiske portkjøringsstrategien rundt bryterposisjonen på den høye siden og bidrar generelt til å gjøre systemet veldig kostnadseffektivt.
I denne artikkelen undersøker vi bruken av P-kanal MOSFET som en bryter på høysiden for H-Bridge applikasjoner
P-kanal versus N-kanal Fordeler og ulemper
Når brukes i en bryterapplikasjon på høysiden kildespenningen til en N-kanal MOSFET tilfeldigvis har et økt potensial med hensyn til bakken.
Derfor krever det å operere en N-kanal MOSFET en uavhengig portdriver som en bootstrapping-krets, eller et arrangement som involverer et pulstransformatorstrinn.
Disse driverne krever en egen strømkilde, mens transformatorbelastningen noen ganger kan gå gjennom uforenlige forhold.
På den annen side er dette kanskje ikke situasjonen med en P-kanal MOSFET. Du kan enkelt kjøre en P-kanal høy sidebryter ved hjelp av en vanlig nivåskiftekrets (spenningsnivåveksler). Å oppnå dette strømlinjeformer kretsen og reduserer effektivitetskostnadene effektivt.
Når det er sagt, er poenget som skal tas i betraktning her at det kan være ekstremt vanskelig å oppnå den samme RDS (på)effektivitet for en P-kanal MOSFET i motsetning til en N-kanal ved bruk av lignende chipdimensjon.
På grunn av det faktum at strømmen til bærerne i en N-kanal er rundt 2 til 3 ganger større enn strømmen til en P-kanal, for nøyaktig samme RDS (på)rekkevidde må P-kanal-enheten være 2 til 3 ganger større enn N-kanal-motstykket.
Den større pakkestørrelsen fører til at den termiske toleransen til P-kanalenheten reduseres og øker også gjeldende spesifikasjoner. Dette påvirker også dens dynamiske effektivitet proporsjonalt på grunn av økt sakstørrelse.
Derfor, i en lavfrekvent applikasjon der ledningstapene har en tendens til å være høye, må en P-kanal MOSFET ha en RDS (på)tilsvarer den til en N-kanal. I en slik situasjon skal POS-kanalens MOSFET-interne region være større enn den for N-kanalen.
Videre, i høyfrekvente applikasjoner der koblingstapene vanligvis er høye, bør en P-kanal MOSFET ha en verdi av portladninger som kan sammenlignes med en N-kanal.
I tilfeller som dette kan en P-kanal MOSFET-størrelse være på nivå med N-kanal, men med redusert strømspesifikasjon sammenlignet med et N-kanalalternativ.
Derfor må en ideell P-kanal MOSFET velges forsiktig med tanke på riktig RDS (på)og portladningsspesifikasjoner.
Hvordan velge en P-kanal MOSFET for et program
Det er mange koblingsapplikasjoner der en P-kanal MOSFET kan brukes effektivt, for eksempel lavspenningsdrev og ikke-isolert lastepunkt.
I denne typen applikasjoner er de avgjørende retningslinjene som styrer MOSFET-valget vanligvis enhetens motstand mot enhet (RDS (på)) og portavgiften (QG). En hvilken som helst av disse variablene gir større betydning basert på byttefrekvensen i applikasjonen.
For anvendelse i lavspenningsdrevnettverk som fullbro- eller B6-brokonfigurasjon (3-fasebro) er N-kanal MOSFET ofte brukt med motor (belastning) og likestrømforsyning.
Den kompromitterende faktoren for de positive aspektene som presenteres av N-kanalanordninger er den høyere kompleksiteten i portdriverdesignet.
En portdriver for en N-kanal høy sidebryter krever en bootstrap-krets som skaper en portspenning som er større enn motorspenningsforsyningsskinnen, eller alternativt en uavhengig strømforsyning for å slå den på. Økt designkompleksitet fører generelt til større designarbeid og høyere monteringsareal.
Figuren nedenfor viser forskjellen mellom kretsen designet med komplementære P- og N-kanal MOSFET og kretsen med kun 4 N-kanal MOSFET.
Bruker bare 4 N-kanals MOSFETS
I denne ordningen, hvis høysidebryteren er bygd med en P-kanal MOSFET, forenkler førerdesignet oppsettet enormt, som vist nedenfor:
Bruke P- og N-kanals MOSFET
Behovet for en bootstrapped ladepumpe er eliminert for å slå på høysidebryteren. Her kan dette ganske enkelt drives direkte av inngangssignalet og gjennom en nivåskifter (3V til 5V omformer, eller 5V til 12V omformertrinn).
Velge P-kanal MOSFET for å bytte applikasjoner
Vanligvis fungerer lavspent drivsystemer med koblingsfrekvenser i området 10 til 50 kHz.
I disse områdene skjer nesten all MOSFET-strømforsyningen ved hjelp av ledningstap på grunn av motorens høye spesifikasjoner.
Derfor, i slike nettverk, en P-kanal MOSFET med passende RDS (på)bør velges for å oppnå optimal effektivitet.
Dette kan forstås ved å tenke på en illustrasjon av en 30W lavspenningsdrev som drives med et 12V batteri.
For en høy-side P-kanal MOSFET kan vi ha et par alternativer i hånden - en for å ha en tilsvarende RDS (på)kan sammenlignes med N-kanalen på den lave siden og den andre for å ha sammenlignbare portladninger.
Følgende tabell nedenfor viser komponentene som gjelder for hele broen Lavspenningsdrev med tilsvarende RDS (på)og med identiske portladninger som N-kanal MOSFET på den lave siden.
Tabellen ovenfor som viser MOSFET-tapene i den aktuelle applikasjonen, avslører at de totale effekttapene styres av ledningstapene som vist i det følgende kakediagrammet.
I tillegg ser det ut som om P-kanal MOSFET foretrekkes med sammenlignbare portladninger som for N-kanalen, vil byttetapene være identiske, men ledningstapene kan trolig være for høye.
Derfor, for applikasjoner med lav veksling med lavere frekvenser, bør den høye siden P-kanal MOSFET madatorly ha en sammenlignbar R DS (på) som den på N-kanalens lave side.
Ikke-isolert lastepunkt (POL)
Ikke-isolert lastepunkt er en omformertopologi som i bukkomformere der utgangen ikke er isolert fra inngangen, i motsetning til flyback design der inngangs- og utgangstrinnene er helt isolerte.
For slike ikke-isolerte ladepunkter med lav effekt med utgangseffekt lavere enn 10W, er det en av de største designproblemene. Dimensjoneringen må være minimum, samtidig som man opprettholder en tilfredsstillende effektivitetsgrad.
En populær måte å redusere omformerstørrelsen på er å bruke N-kanal mosfet som driver på den høye siden, og øke driftsfrekvensen til vesentlig høyere nivå. Raskere bytte tillater bruk av en mindre nedskalert induktorstørrelse.
Schottky-dioder implementeres ofte for synkron retting i disse kretsene, men MOSFET er i stedet utvilsomt et bedre alternativ siden spenningsfallet for MOSFET er vanligvis vesentlig lavere enn en diode.
En annen plassbesparende tilnærming ville være å erstatte N-kanal MOSFET på høysiden med en P-kanal.
P-kanalmetoden kvitter seg med de komplekse supplerende kretsene for å drive porten, noe som blir nødvendig for en N-kanal MOSFET på høysiden.
Diagrammet nedenfor viser den grunnleggende utformingen av en buck-omformer som har en P-kanal MOSFET implementert på høysiden.
Normalt vil byttefrekvensene i ikke-isolerte Point of Load-applikasjoner sannsynligvis være nær 500kHz, eller til og med til tider så høyt som opptil 2MHz.
I motsetning til de tidligere designkonseptene, viser det seg at hovedtapet ved slike frekvenser er byttetapene.
Figuren nedenfor indikerer tapet fra en MOSFET i et 3 watt ikke-isolert belastningsapplikasjon som kjører med en svitsjefrekvens på 1 MHz.
Dermed viser det nivået av portladning som må spesifiseres til en P-kanal når den velges for en applikasjon på høysiden, i forhold til en N-kanalanordning på høysiden.
Konklusjon
Å bruke en P-kanal MOSFET gir deg utvilsomt designerne fordeler når det gjelder mindre kompliserte, mer pålitelige og forbedret konfigurasjon.
Når det er sagt for en gitt søknad, er kompromisset mellom RDS (på)og QGbør vurderes seriøst mens du velger en P-kanal MOSFET. Dette er for å sikre at p-kanalen er i stand til å tilby en optimal ytelse akkurat som sin n-kanal variant.
Høflighet: Infineon
Forrige: Slik reparerer du myggsakkermus Neste: Å lage en selvdrevet generator
