Công tắc hai chiều

Trong bài đăng này, chúng ta tìm hiểu về công tắc nguồn hai chiều MOSFET, có thể được sử dụng để vận hành tải qua hai điểm theo chiều hai chiều. Điều này được thực hiện đơn giản bằng cách kết nối hai MOSFET kênh N hoặc kênh P trở lại nối tiếp với đường dây điện áp được chỉ định.

Công tắc hai chiều là gì

Công tắc nguồn hai chiều (BPS) là một thiết bị hoạt động được chế tạo bằng MOSFET hoặc IGBT , cho phép dòng điện hai chiều hai chiều khi nguồn điện BẬT và chặn dòng điện áp hai chiều khi nguồn điện TẮT.

Vì nó có thể dẫn theo cả hai cách, nên một công tắc hai chiều có thể được so sánh và ký hiệu như một công tắc bình thường BẬT / TẮT chuyển đổi như hình bên dưới:

Ở đây, chúng ta có thể thấy một điện áp dương được đặt vào điểm 'A' của công tắc và điện thế âm được đặt vào điểm 'B', cho phép dòng điện chạy qua 'A' đến 'B'. Hành động có thể được đảo ngược bằng cách thay đổi cực tính đơn giản. Có nghĩa là, các điểm 'A' và 'B' của BPS có thể được sử dụng như các thiết bị đầu cuối đầu vào / đầu ra có thể hoán đổi cho nhau.

Ví dụ ứng dụng tốt nhất của BPS có thể được thấy trong tất cả thương mại dựa trên MOSFET Thiết kế SSR .

Nét đặc trưng

Trong Năng lượng điện , các đặc điểm của công tắc hai chiều (BPS) được định nghĩa là công tắc bốn góc có khả năng dẫn dòng điện dương hoặc âm ở trạng thái BẬT, và cũng chặn dòng điện dương hoặc âm ở trạng thái TẮT. Sơ đồ BẬT / TẮT bốn góc phần tư cho BPS được hiển thị bên dưới.

Trong sơ đồ trên, các góc phần tư được biểu thị bằng màu xanh lục cho biết trạng thái BẬT của các thiết bị bất kể cực tính của dòng điện cung cấp hay dạng sóng.

Trong sơ đồ trên, đường thẳng màu đỏ cho biết các thiết bị BPS đang ở trạng thái TẮT và hoàn toàn không dẫn điện bất kể cực tính của điện áp hay dạng sóng.

Các tính năng chính mà một BPS nên có

• Thiết bị chuyển mạch hai chiều phải có khả năng thích ứng cao để có thể dẫn điện dễ dàng và nhanh chóng từ cả hai phía, đó là từ A sang B và B sang A.
• Khi được sử dụng trong ứng dụng DC, BPS phải thể hiện mức tối thiểu về điện trở trạng thái (Ron) để cải thiện điều chỉnh điện áp của tải.
• Hệ thống BPS phải được trang bị mạch bảo vệ thích hợp để chịu được dòng điện đột ngột trong quá trình thay đổi cực tính hoặc ở điều kiện nhiệt độ môi trường tương đối cao.

Xây dựng công tắc hai chiều

Công tắc hai chiều được cấu tạo bằng cách kết nối MOSFET hoặc IGBT trở lại thành chuỗi như thể hiện trong các hình sau.

Ở đây, chúng ta có thể chứng kiến ​​ba phương pháp cơ bản mà thông qua đó, một công tắc hai chiều có thể được định cấu hình.

Trong sơ đồ đầu tiên, hai MOSFET kênh P được cấu hình với các nguồn của chúng được kết nối ngược trở lại với nhau.

Trong sơ đồ thứ hai, có thể thấy hai MOSFETS kênh N được kết nối qua các nguồn của chúng để triển khai thiết kế BPS.

Trong cấu hình thứ ba, hai MOSFET kênh N được hiển thị kèm theo cống để thực hiện dẫn truyền hai chiều dự kiến.

Chi tiết chức năng cơ bản

Hãy lấy ví dụ về cấu hình thứ hai, trong đó các MOSFET được nối với các nguồn của chúng trở lại, hãy tưởng tượng điện áp dương được áp dụng từ 'A' và âm đến 'B', như hình dưới đây:

Trong trường hợp này, chúng ta có thể thấy rằng khi điện áp cổng được áp dụng, dòng điện từ 'A' được phép chạy qua MOSFET bên trái, sau đó qua diode phân cực thuận bên trong D2 của MOSFET bên phải, và cuối cùng quá trình dẫn hoàn thành tại điểm 'B '.

Khi đảo cực điện áp từ 'B' sang 'A', MOSFET và các điốt bên trong của chúng sẽ lật vị trí của chúng như thể hiện trong hình minh họa sau:

Trong tình huống trên, MOSFET bên phải của BPS sẽ BẬT cùng với D1 là diode bên trong của MOSFET bên trái, để cho phép dẫn từ 'B' sang 'A'.

Tạo công tắc hai chiều rời rạc

Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách một công tắc hai chiều có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần rời rạc cho một ứng dụng chuyển đổi hai chiều dự kiến.

Sơ đồ sau đây cho thấy việc triển khai BPS cơ bản sử dụng MOSFET kênh P:

Sử dụng MOSFETS kênh P

Khi điểm 'A' là dương, diode bên trái được phân cực thuận và dẫn, tiếp theo là p-MOSFET bên phải, để hoàn thành quá trình dẫn tại điểm 'B'.

Khi điểm 'B' là tích cực, các thành phần tương ứng phía đối diện trở nên tích cực cho sự dẫn điện.

MOSFET kênh N thấp hơn điều khiển các trạng thái BẬT / TẮT của thiết bị BPS thông qua các lệnh cổng BẬT / TẮT thích hợp.

Điện trở và tụ điện bảo vệ các thiết bị BPS khỏi sự gia tăng dòng điện có thể xảy ra.

Tuy nhiên, sử dụng MOSFET kênh P không bao giờ là cách lý tưởng để triển khai BPS do RDSon cao của họ . Do đó, những thiết bị này có thể yêu cầu các thiết bị lớn hơn và đắt tiền hơn để bù lại nhiệt và các yếu tố kém hiệu quả liên quan khác, so với thiết kế BPS dựa trên kênh N.

Sử dụng MOSFETS kênh N

Trong thiết kế tiếp theo, chúng ta thấy một cách lý tưởng để triển khai mạch BPS bằng cách sử dụng MOSFET kênh N.

Trong mạch chuyển đổi hai chiều rời rạc này, các MOSFET N-chanel được kết nối ngược lại được sử dụng. Phương pháp này yêu cầu một mạch điều khiển bên ngoài để tạo điều kiện cho việc dẫn điện hai chiều từ A đến B và ngược lại.

Điốt Schottky BA159 được sử dụng để ghép các nguồn cung cấp từ A và B để kích hoạt mạch bơm sạc, do đó bơm sạc có thể tạo ra lượng điện áp BẬT cần thiết cho MOSFET kênh N.

Máy bơm phí có thể được chế tạo bằng cách sử dụng một tiêu chuẩn mạch nghi ngờ điện áp hoặc nhỏ tăng cường chuyển đổi mạch điện.

3.3 V được sử dụng để cấp nguồn cho máy bơm sạc một cách tối ưu, trong khi các điốt Schottky lấy điện áp cổng trực tiếp từ đầu vào tương ứng (A / B) ngay cả khi nguồn cung cấp đầu vào thấp đến 6 V. 6 V này sau đó được nhân đôi bởi tính phí ump cho các cổng MOSFET.

MOSFET kênh N thấp hơn dùng để điều khiển chuyển đổi BẬT / TẮT của công tắc hai chiều theo thông số kỹ thuật mong muốn.

Nhược điểm duy nhất của việc sử dụng MOSFET kênh N so với kênh P đã được thảo luận trước đây là các thành phần phụ này có thể tiêu tốn thêm dung lượng trên PCB. Tuy nhiên, nhược điểm này vượt trội hơn bởi R (bật) thấp của MOSFET và độ dẫn điện hiệu quả cao, và MOSFET cỡ nhỏ giá rẻ.

Điều đó nói rằng, thiết kế này cũng không cung cấp bất kỳ biện pháp bảo vệ hiệu quả nào chống lại quá nhiệt và do đó các thiết bị quá khổ có thể được xem xét cho các ứng dụng công suất cao.

Phần kết luận

Công tắc hai chiều có thể được chế tạo khá dễ dàng bằng cách sử dụng một vài MOSFET được kết nối trở lại. Các công tắc này có thể được thực hiện cho nhiều ứng dụng khác nhau yêu cầu chuyển đổi hai chiều của tải, chẳng hạn như từ nguồn AC.

Người giới thiệu:

TPS2595xx, 2,7 V đến 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse với bảng dữ liệu bảo vệ quá áp nhanh

Công cụ tính toán thiết kế TPS2595xx

Thiết bị cầu chì điện tử