Việc triển khai MOSFET kênh P trong mạch cầu H có thể trông dễ dàng và hấp dẫn, tuy nhiên, nó có thể yêu cầu một số tính toán và tham số nghiêm ngặt để đạt được phản ứng tối ưu.
MOSFET kênh P thường được thực hiện để chuyển đổi BẬT / TẮT tải. Việc dễ dàng sử dụng các tùy chọn kênh P ở phía cao cho phép chúng rất thuận tiện cho các ứng dụng như Ổ đĩa điện áp thấp (Mạng cầu H) và Điểm tải không cách ly (Bộ chuyển đổi Buck) và trong các ứng dụng trong đó không gian là một hạn chế quan trọng.
Lợi ích chính của MOSFET kênh P là chiến lược điều khiển cổng tiết kiệm xung quanh vị trí công tắc bên cao và thường giúp làm cho hệ thống rất hiệu quả về chi phí.
Trong bài viết này, chúng tôi khám phá việc sử dụng MOSFET kênh P làm công tắc bên cao cho các ứng dụng H-Bridge
Ưu và nhược điểm của kênh P so với kênh N
Khi nào được sử dụng trong ứng dụng công tắc bên cao điện áp nguồn của MOSFET kênh N có điện thế tăng lên so với mặt đất.
Do đó, việc vận hành MOSFET kênh N ở đây yêu cầu một trình điều khiển cổng độc lập như mạch khởi động hoặc một sự sắp xếp liên quan đến giai đoạn biến áp xung.
Những trình điều khiển này yêu cầu một nguồn điện riêng, trong khi tải biến áp đôi khi có thể đi qua các trường hợp không tương thích.
Mặt khác, đây có thể không phải là tình huống với MOSFET kênh P. Bạn có thể dễ dàng điều khiển công tắc bên cao kênh P bằng cách sử dụng mạch dịch chuyển mức thông thường (bộ thay đổi mức điện áp). Đạt được điều này hợp lý hóa mạch và giảm hiệu quả tất cả các chi phí.
Phải nói rằng, điểm cần lưu ý ở đây là có thể rất khó để đạt được R giống hệt nhauDS (trên)hiệu quả đối với MOSFET kênh P trái ngược với kênh N sử dụng kích thước chip tương tự.
Do thực tế là dòng của sóng mang trong kênh N lớn hơn khoảng 2 đến 3 lần so với kênh P, cho cùng một RDS (trên)phạm vi thiết bị kênh P cần phải có kích thước lớn hơn 2 đến 3 lần so với đối tác kênh N của nó.
Kích thước gói lớn hơn, làm cho khả năng chịu nhiệt của thiết bị kênh P giảm và cũng làm tăng các thông số kỹ thuật hiện tại của nó. Điều này cũng ảnh hưởng đến hiệu quả động của nó theo tỷ lệ do kích thước thùng máy tăng lên.
Do đó, trong một ứng dụng tần số thấp, trong đó tổn hao dẫn có xu hướng cao, MOSFET kênh P cần phải có RDS (trên)tương ứng với kênh N. Trong trường hợp này, vùng bên trong MOSFET kênh P sẽ lớn hơn vùng bên trong kênh N.
Hơn nữa, trong các ứng dụng tần số cao, nơi tổn hao chuyển mạch thường cao, MOSFET kênh P phải có giá trị phí cổng tương đương với kênh N.
Trong những trường hợp như thế này, kích thước MOSFET kênh P có thể ngang bằng với kênh N nhưng với thông số kỹ thuật hiện tại giảm so với thay thế kênh N.
Do đó, một MOSFET kênh P lý tưởng cần được chọn một cách thận trọng có tính đến R thích hợpDS (trên)và thông số kỹ thuật phí cổng.
Cách chọn MOSFET kênh P cho ứng dụng
Có rất nhiều ứng dụng chuyển mạch trong đó MOSFET kênh P có thể được áp dụng hiệu quả, ví dụ như Ổ đĩa điện áp thấp và Điểm tải không cách ly.
Trong các loại ứng dụng này, các nguyên tắc quan trọng chi phối sự lựa chọn MOSFET thường là khả năng chống BẬT của thiết bị (RDS (trên)) và Phí cổng (QG). Bất kỳ một trong những biến số này đều có tầm quan trọng lớn hơn dựa trên tần số chuyển đổi trong ứng dụng.
Để áp dụng trong các mạng Truyền động điện áp thấp như cấu hình toàn cầu hoặc cầu B6 (cầu 3 pha), MOSFET kênh N thường được sử dụng với động cơ (Tải) và nguồn điện một chiều.
Yếu tố ảnh hưởng đến các khía cạnh tích cực được trình bày bởi các thiết bị kênh N là độ phức tạp cao hơn trong thiết kế trình điều khiển cổng.
Trình điều khiển cổng của công tắc bên cao kênh N yêu cầu mạch bootstrap tạo ra điện áp cổng lớn hơn đường ray cung cấp điện áp động cơ hoặc thay thế một nguồn điện độc lập để bật nó lên. Sự phức tạp của thiết kế tăng lên thường dẫn đến công việc thiết kế lớn hơn và diện tích lắp ráp cao hơn.
Hình bên dưới thể hiện sự khác biệt giữa mạch được thiết kế sử dụng MOSFET kênh P và N bổ sung và mạch chỉ có 4 MOSFET kênh N.
Chỉ sử dụng 4 MOSFETS kênh N
Trong cách sắp xếp này, nếu công tắc bên cao được xây dựng với MOSFET kênh P, thiết kế trình điều khiển sẽ đơn giản hóa bố cục rất nhiều., Như hình dưới đây:
Sử dụng MOSFET kênh P và N
Sự cần thiết của một bootstrapped bơm phí được loại bỏ để chuyển đổi công tắc bên cao. Ở đây, điều này có thể đơn giản được điều khiển trực tiếp bởi tín hiệu đầu vào và thông qua bộ chuyển mức (bộ chuyển đổi 3V sang 5V hoặc giai đoạn chuyển đổi 5V sang 12V).
Chọn MOSFET kênh P để chuyển đổi ứng dụng
Thông thường, hệ thống truyền động điện áp thấp hoạt động với tần số chuyển mạch trong khoảng từ 10 đến 50kHz.
Trong các phạm vi này, gần như tất cả sự tiêu tán công suất MOSFET xảy ra do tổn hao dẫn, do các thông số kỹ thuật hiện tại của động cơ cao.
Do đó, trong các mạng như vậy, MOSFET kênh P với R thích hợpDS (trên)nên được lựa chọn để đạt được hiệu quả tối ưu.
Điều này có thể hiểu được bằng cách xem xét hình ảnh minh họa của Ổ điện áp thấp 30W hoạt động bằng pin 12V.
Đối với MOSFET kênh P bên cao, chúng tôi có thể có một vài lựa chọn trong tay - một lựa chọn để có R tương đươngDS (trên)có thể so sánh với kênh N phía thấp và kênh kia có phí cổng tương đương.
Bảng sau đây hiển thị các thành phần áp dụng cho Ổ điện áp thấp toàn cầu có R tương đươngDS (trên)và với phí cổng giống hệt như của MOSFET kênh N ở phía thấp.
Bảng trên mô tả tổn thất MOSFET trong ứng dụng cụ thể cho thấy tổn thất điện năng tổng thể bị chi phối bởi tổn thất dẫn điện như được chứng minh trong biểu đồ hình tròn sau đây.
Ngoài ra, có vẻ như nếu MOSFET kênh P được ưu tiên có phí cổng tương đương như của kênh N, thì tổn thất chuyển mạch sẽ giống hệt nhau, nhưng tổn hao dẫn có thể cao quá mức.
Do đó, đối với các ứng dụng chuyển mạch thấp có tần số thấp hơn, MOSFET kênh P bên cao nhất thiết phải có R tương đương DS (trên) như của kênh N phía thấp.
Điểm tải không bị cô lập (POL)
Điểm tải không bị cô lập là một cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi chẳng hạn như trong bộ chuyển đổi buck, nơi đầu ra không bị cô lập với đầu vào, không giống như thiết kế flyback nơi mà các khâu đầu vào và đầu ra được cách ly hoàn toàn.
Đối với Điểm tải không cách ly công suất thấp như vậy có công suất đầu ra thấp hơn 10W, là một trong những khó khăn thiết kế lớn nhất. Kích thước phải ở mức tối thiểu trong khi vẫn giữ được mức hiệu quả thỏa đáng.
Một cách phổ biến để giảm kích thước bộ chuyển đổi là sử dụng MOSFET kênh N làm trình điều khiển bên cao và tăng tần số hoạt động lên mức cao hơn đáng kể. Chuyển mạch nhanh hơn cho phép sử dụng kích thước cuộn cảm thu nhỏ hơn nhiều.
Điốt Schottky thường được thực hiện để chỉnh lưu đồng bộ trong các loại mạch này, tuy nhiên MOSFET thay vào đó chắc chắn là một lựa chọn tốt hơn vì điện áp giảm cho MOSFET thường thấp hơn đáng kể so với điốt.
Một cách tiếp cận tiết kiệm không gian khác là thay thế MOSFET kênh N cạnh cao bằng một kênh P.
Phương pháp kênh P loại bỏ mạch bổ sung phức tạp để điều khiển cổng, điều này trở nên cần thiết cho MOSFET kênh N ở phía cao.
Sơ đồ bên dưới thể hiện thiết kế cơ bản của bộ chuyển đổi buck có MOSFET kênh P được triển khai ở phía cao.
Thông thường, tần số chuyển mạch trong các ứng dụng Point of Load không bị cô lập có thể sẽ gần 500kHz, hoặc thậm chí có lúc cao tới 2MHz.
Trái ngược với các khái niệm thiết kế trước đó, tổn hao chính ở các tần số như vậy hóa ra là tổn hao chuyển mạch.
Hình dưới đây cho thấy sự mất mát từ MOSFET trong ứng dụng Điểm tải không cách ly 3 watt chạy ở tần số chuyển mạch 1MHz.
Do đó, nó cho thấy mức phí cổng phải được chỉ định cho kênh P khi nó được chọn cho ứng dụng bên cao, đối với thiết bị kênh N bên cao.
Phần kết luận
Việc áp dụng MOSFET kênh P chắc chắn mang lại cho bạn lợi thế của các nhà thiết kế về mặt ít phức tạp hơn, đáng tin cậy hơn và cấu hình được cải thiện.
Điều đó cho thấy đối với một ứng dụng nhất định, sự thỏa hiệp giữa RDS (trên)và QGcần được đánh giá nghiêm túc trong khi lựa chọn MOSFET kênh P. Điều này nhằm đảm bảo rằng kênh p có thể cung cấp hiệu suất tối ưu giống như biến thể kênh n của nó.
Lịch sự: Infineon
Một cặp: Làm thế nào để sửa chữa Muỗi đập Dơi Tiếp theo: Chế tạo máy phát điện tự chạy
