Sakelar dua arah

Dalam posting ini kita belajar tentang sakelar daya dua arah MOSFET, yang dapat digunakan untuk mengoperasikan beban di dua titik secara dua arah. Ini hanya dilakukan dengan menghubungkan dua MOSFET saluran-N, atau saluran-P secara berurutan dengan saluran tegangan yang ditentukan.

Apa itu Saklar Dua Arah

Sakelar daya dua arah (BPS) adalah perangkat aktif yang dibangun menggunakan MOSFET atau IGBT , yang memungkinkan aliran arus dua arah saat dihidupkan, dan memblokir aliran tegangan dua arah saat dimatikan.

Karena dapat berjalan di kedua cara, sakelar dua arah dapat dibandingkan dan dilambangkan sebagai normal Tombol ON / OFF seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Di sini, kita dapat melihat tegangan positif diterapkan pada titik 'A' dari sakelar dan potensial negatif diterapkan pada titik 'B', yang memungkinkan arus mengalir melintasi 'A' ke 'B'. Tindakan tersebut dapat dibalik hanya dengan mengubah polaritas tegangan. Artinya, titik 'A' dan 'B' dari BPS dapat digunakan sebagai terminal input / output yang dapat dipertukarkan.

Contoh aplikasi terbaik dari BPS dapat dilihat di semua iklan berbasis MOSFET Desain SSR .

Karakteristik

Di Power Electronics Karakteristik saklar dua arah (BPS) didefinisikan sebagai saklar empat kuadran yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus positif atau negatif dalam keadaan ON, dan juga memblokir arus positif atau negatif dalam keadaan OFF. Diagram ON / OFF empat kuadran untuk BPS ditunjukkan di bawah ini.

Dalam diagram di atas, kuadran ditunjukkan dengan warna hijau yang menunjukkan status ON perangkat terlepas dari polaritas arus suplai atau bentuk gelombang.

Pada diagram di atas, garis lurus merah menunjukkan bahwa perangkat BPS dalam keadaan OFF dan sama sekali tidak menawarkan konduksi terlepas dari polaritas tegangan atau bentuk gelombangnya.

Fitur Utama yang Harus Dimiliki BPS

• Perangkat sakelar dua arah harus sangat mudah beradaptasi untuk memungkinkan konduksi daya yang mudah dan cepat dari kedua sisi, yaitu melintasi A ke B dan B ke A.
• Ketika digunakan dalam aplikasi DC, BPS harus menunjukkan resistansi keadaan minimum (Ron) untuk meningkatkan pengaturan tegangan beban.
• Sistem BPS harus dilengkapi dengan sirkuit proteksi yang tepat untuk menahan arus deras yang tiba-tiba selama perubahan polaritas, atau pada kondisi suhu lingkungan yang relatif tinggi.

Konstruksi Saklar Dua Arah

Sakelar dua arah dibuat dengan menghubungkan MOSFET atau IGBT secara berurutan seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Di sini, kita dapat menyaksikan tiga metode dasar di mana sakelar dua arah dapat dikonfigurasi.

Pada diagram pertama, dua MOSFET saluran-P dikonfigurasi dengan sumbernya saling terhubung satu sama lain.

Pada diagram kedua, dua MOSFET N-channel dapat dilihat terhubung di sumbernya untuk mengimplementasikan desain BPS.

Dalam konfigurasi ketiga, dua MOSFET N-channel ditampilkan terpasang drain to drain untuk melaksanakan konduksi dua arah yang dimaksud.

Detail Fungsi Dasar

Mari kita ambil contoh konfigurasi kedua, di mana MOSFET digabungkan dengan sumbernya kembali ke belakang, bayangkan tegangan positif diterapkan dari 'A', dan negatif ke 'B', seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Dalam hal ini kita dapat melihat bahwa ketika tegangan gerbang diterapkan, arus dari 'A' dibiarkan mengalir melalui MOSFET kiri, kemudian melalui dioda bias maju internal D2 dari MOSFET sisi kanan, dan akhirnya konduksi selesai pada titik 'B '.

Ketika polaritas tegangan dibalik dari 'B' ke 'A' MOSFET dan dioda internalnya membalik posisinya seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi berikut:

Dalam situasi di atas, MOSFET sisi kanan dari BPS AKTIF bersama dengan D1 yang merupakan dioda tubuh internal MOSFET sisi kiri, untuk mengaktifkan konduksi dari 'B' ke 'A'.

Membuat Sakelar Dua Arah Diskrit

Sekarang mari kita pelajari bagaimana sakelar dua arah dapat dibangun menggunakan komponen terpisah untuk aplikasi peralihan dua arah yang diinginkan.

Diagram berikut menunjukkan implementasi BPS dasar menggunakan MOSFET saluran-P:

Menggunakan MOSFET P-Channel

Ketika titik 'A' positif, dioda badan sisi kiri menjadi bias maju dan berjalan, diikuti oleh sisi kanan p-MOSFET, untuk menyelesaikan konduksi pada titik 'B'.

Ketika titik 'B' positif, masing-masing komponen di sisi berlawanan menjadi aktif untuk konduksi.

MOSFET N-channel yang lebih rendah mengontrol status ON / OFF perangkat BPS melalui perintah gerbang ON / OFF yang sesuai.

Resistor dan kapasitor melindungi perangkat BPS dari kemungkinan lonjakan arus yang terburu-buru.

Namun, menggunakan MOSFET P-channel bukanlah cara yang ideal untuk menerapkan BPS karena RDSon mereka yang tinggi . Oleh karena itu, ini mungkin memerlukan perangkat yang lebih besar dan lebih mahal untuk mengimbangi panas dan inefisiensi terkait lainnya, dibandingkan dengan desain BPS berbasis saluran-N.

Menggunakan MOSFET N-Channel

Dalam desain berikutnya kita melihat cara ideal untuk mengimplementasikan rangkaian BPS menggunakan MOSFET N-channel.

Dalam rangkaian sakelar dua arah diskrit ini, MOSFET N-chanel yang terhubung back-to-back digunakan. Metode ini menuntut rangkaian driver eksternal untuk memfasilitasi konduksi daya dua arah dari A ke B dan sebaliknya.

Dioda Schottky BA159 digunakan untuk menggandakan suplai dari A dan B untuk mengaktifkan sirkuit pompa pengisian daya, sehingga pompa pengisian daya dapat menghasilkan jumlah tegangan hidupkan yang diperlukan untuk MOSFET saluran-N.

Pompa pengisian daya dapat dibangun dengan menggunakan standar rangkaian pengganda tegangan atau kecil meningkatkan peralihan sirkuit.

3,3 V diterapkan untuk menyalakan pompa pengisi daya secara optimal, sedangkan dioda Schottky memperoleh tegangan gerbang langsung dari masing-masing input (A / B) bahkan jika suplai input serendah 6 V. 6 V ini kemudian digandakan oleh biaya wasit untuk gerbang MOSFET.

MOSFET saluran-N yang lebih rendah adalah untuk mengontrol sakelar ON / OFF dari sakelar dua arah sesuai spesifikasi yang diinginkan.

Satu-satunya kelemahan menggunakan MOSFET saluran-N dibandingkan dengan saluran-P yang telah dibahas sebelumnya adalah komponen tambahan ini yang dapat menghabiskan ruang ekstra pada PCB. Namun, kerugian ini sebanding dengan R (on) yang rendah dari MOSFET dan konduksi yang sangat efisien, dan MOSFET berukuran kecil yang berbiaya rendah.

Meskipun demikian, desain ini juga tidak memberikan perlindungan yang efektif terhadap pemanasan berlebih, dan oleh karena itu perangkat yang terlalu besar dapat dipertimbangkan untuk aplikasi daya tinggi.

Kesimpulan

Sakelar dua arah dapat dengan mudah dibangun menggunakan pasangan MOSFET yang saling terhubung. Sakelar ini dapat diimplementasikan untuk banyak aplikasi berbeda yang memerlukan pengalihan beban dua arah, seperti dari sumber AC.

Referensi:

TPS2595xx, 2,7 V hingga 18 V, 4-A, 34-mΩ eFuse Dengan Lembar Data Perlindungan Tegangan Lebih Cepat

Alat Perhitungan Desain TPS2595xx

Perangkat sekring elektronik