एच-ब्रिज अनुप्रयोगों में पी-चैनल MOSFET

एच-ब्रिज अनुप्रयोगों में पी-चैनल MOSFET

एच-ब्रिज सर्किट में पी-चैनल MOSFETs को लागू करना आसान और मोहक लग सकता है, हालांकि इसे इष्टतम प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए कुछ कड़े गणना और मापदंडों की आवश्यकता हो सकती है।



पी-चैनल MOSFETs को आमतौर पर लोड ऑन / ऑफ स्विचिंग के लिए लागू किया जाता है। उच्च पक्ष पर पी-चैनल विकल्पों का आसानी से उपयोग उन्हें लो-वोल्ट ड्राइव (एच-ब्रिज नेटवर्क) और गैर-पृथक प्वाइंट ऑफ लोड्स (बक कन्वर्टर्स) जैसे अनुप्रयोगों के लिए और उन अनुप्रयोगों में बहुत सुविधाजनक बनाता है जिसमें अंतरिक्ष एक महत्वपूर्ण सीमा है।

पी-चैनल MOSFET का मुख्य लाभ उच्च पक्ष स्विच स्थिति के आसपास किफायती गेट ड्राइविंग रणनीति है और आमतौर पर सिस्टम को बहुत प्रभावी बनाने में मदद करता है।





इस लेख में हम एच-ब्रिज अनुप्रयोगों के लिए एक उच्च पक्ष स्विच के रूप में पी-चैनल एमओएसएफईटी के उपयोग का पता लगाते हैं

पी-चैनल बनाम एन-चैनल पेशेवरों और विपक्ष

कब एक उच्च पक्ष स्विच आवेदन में इस्तेमाल किया एन-चैनल एमओएसएफईटी का स्रोत वोल्टेज ग्राउंड के संबंध में बढ़ी हुई क्षमता पर होता है।



इसलिए, यहां एन-चैनल MOSFET का संचालन एक स्वतंत्र गेट ड्राइवर जैसे कि बूटस्ट्रैपिंग सर्किट, या पल्स ट्रांसफॉर्मर चरण को शामिल करने वाली व्यवस्था की आवश्यकता है।

ये ड्राइवर एक अलग बिजली स्रोत की मांग करते हैं, जबकि ट्रांसफार्मर लोड असंगत परिस्थितियों से गुजर सकता है।

दूसरी ओर, पी-चैनल MOSFET के साथ यह स्थिति नहीं हो सकती है। आप साधारण स्तर के शिफ्टर सर्किट (वोल्टेज स्तर परिवर्तक) का उपयोग करके आसानी से एक पी-चैनल हाई साइड स्विच चला सकते हैं। इस स्ट्रीम को प्राप्त करने से सर्किट को प्रभावी ढंग से और सभी दौर की लागत कम हो जाती है।

यह कहने के बाद, यहाँ ध्यान रखने योग्य बात यह है कि समान आर को प्राप्त करना बहुत कठिन हो सकता हैडीएस (पर)समान चिप आयाम का उपयोग करते हुए एन-चैनल के विपरीत एक पी-चैनल MOSFET के लिए दक्षता।

इस तथ्य के कारण कि एन-चैनल में वाहक का प्रवाह पी-चैनल की तुलना में लगभग 2 से 3 गुना अधिक है, ठीक उसी आर के लिएडीएस (पर)पी-चैनल डिवाइस को अपने एन-चैनल समकक्ष की तुलना में 2 से 3 गुना बड़ा होना चाहिए।

बड़े पैकेज का आकार, पी-चैनल डिवाइस की थर्मल सहिष्णुता को कम करने का कारण बनता है और इसके वर्तमान विनिर्देशों को भी बढ़ाता है। यह बढ़े हुए केस आकार के कारण आनुपातिक रूप से इसकी गतिशील प्रभावशीलता को भी प्रभावित करता है।

इसलिए, एक कम आवृत्ति अनुप्रयोग में जिसमें चालन के नुकसान अधिक होते हैं, एक पी-चैनल MOSFET को एक आर होना चाहिएडीएस (पर)एक एन-चैनल के अनुरूप। ऐसी स्थिति में, पी-चैनल MOSFET आंतरिक क्षेत्र एन-चैनल की तुलना में बड़ा होगा।

इसके अलावा, उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में जहां स्विचिंग नुकसान आमतौर पर अधिक होता है, एक पी-चैनल MOSFET के पास एन-चैनल के तुलनीय गेट चार्ज का मूल्य होना चाहिए।

इस तरह के मामलों में, एक पी-चैनल एमओएसएफईटी आकार एन-चैनल के बराबर हो सकता है लेकिन एन-चैनल विकल्प की तुलना में कम मौजूदा विनिर्देशन के साथ।

इसलिए, एक आदर्श पी-चैनल MOSFET को सावधानीपूर्वक उचित आर को ध्यान में रखते हुए उठाया जाना चाहिएडीएस (पर)और गेट चार्ज विनिर्देशों।

एक आवेदन के लिए एक पी चैनल MOSFET का चयन कैसे करें

कई स्विचिंग एप्लिकेशन हैं जहां पी-चैनल MOSFET को प्रभावी ढंग से लागू किया जा सकता है, उदाहरण के लिए लो-वोल्ट ड्राइव और गैर-पृथक पॉइंट ऑफ लोड्स।

इस प्रकार के अनुप्रयोगों में MOSFET पसंद को नियंत्रित करने वाले महत्वपूर्ण दिशानिर्देश आमतौर पर डिवाइस ऑन-रेजिस्टेंस (R) होते हैंडीएस (पर)) और गेट चार्ज (Q)जी) का है। इन चर में से किसी एक का परिणाम अनुप्रयोग में स्विचिंग आवृत्ति के आधार पर अधिक महत्व का होता है।

कम-वोल्टेज ड्राइव नेटवर्क जैसे कि पूर्ण-पुल या बी 6-ब्रिज (3-चरण पुल) कॉन्फ़िगरेशन में आवेदन करने के लिए एन-चैनल MOSFETs आमतौर पर नियोजित होते हैं मोटर (लोड) और एक डीसी आपूर्ति के साथ।

एन-चैनल उपकरणों द्वारा प्रस्तुत सकारात्मक पहलुओं के लिए समझौता कारक गेट चालक डिजाइन में उच्च जटिलता है।

एक एन-चैनल हाई साइड स्विच का एक गेट ड्राइवर एक मांग करता है बूटस्ट्रैप सर्किट मोटर वोल्टेज की आपूर्ति रेल से अधिक एक गेट वोल्टेज बनाता है, या वैकल्पिक रूप से इसे स्विच करने के लिए एक स्वतंत्र बिजली की आपूर्ति करता है। बढ़ी हुई डिजाइन जटिलता आम तौर पर अधिक से अधिक डिजाइन कार्य और उच्च विधानसभा क्षेत्र की ओर ले जाती है।

नीचे दिए गए चित्र पूरक पी और एन चैनल MOSFETs का उपयोग करके डिज़ाइन किए गए सर्किट और केवल 4 एन-चैनल MOSFETs के साथ सर्किट के बीच अंतर को प्रदर्शित करते हैं।

केवल 4 एन-चैनल MOSFETS का उपयोग करना

इस व्यवस्था में, यदि पी-चैनल MOSFET के साथ उच्च पक्ष स्विच बनाया गया है, तो ड्राइवर डिज़ाइन लेआउट को बहुत सरल करता है। जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

पी और एन-चैनल MOSFETs का उपयोग करना

बूटस्ट्रैप्ड की आवश्यकता है चार्ज पंप उच्च पक्ष स्विच स्विच करने के लिए समाप्त हो गया है। यहां इसे सीधे इनपुट सिग्नल द्वारा और एक स्तर शिफ्टर (3V से 5V कनवर्टर, या 5V से 12V कनवर्टर चरण) के माध्यम से सीधे संचालित किया जा सकता है।

स्विचिंग एप्लिकेशन के लिए पी-चैनल MOSFETs का चयन करना

आमतौर पर लो-वोल्टेज ड्राइव सिस्टम 10 से 50kHz की सीमा में स्विचिंग आवृत्तियों के साथ काम करते हैं।

इन सीमाओं में, मोटर के उच्च वर्तमान विनिर्देशों के कारण, लगभग सभी MOSFET बिजली अपव्यय चालन हानि के माध्यम से होती है।

इसलिए, ऐसे नेटवर्क में उचित आर के साथ एक पी-चैनल MOSFETडीएस (पर)इष्टतम दक्षता प्राप्त करने के लिए चुना जाना चाहिए।

इसे 12V बैटरी से संचालित 30W लो-वोल्ट ड्राइव के एक चित्रण पर विचार करके समझा जा सकता है।

एक उच्च पक्ष पी-चैनल MOSFET के लिए हमारे पास हाथ में कुछ विकल्प हो सकते हैं - एक के बराबर Rडीएस (पर)कम पक्ष एन-चैनल के साथ तुलनीय और दूसरे में तुलनीय गेट शुल्क है।

नीचे दी गई तालिका पूर्ण पुल लो-वोल्टेज ड्राइव के लिए लागू घटकों को तुलनीय आर दिखाती हैडीएस (पर)और कम पक्ष पर N- चैनल MOSFET के समान गेट शुल्क के साथ।

MOSFET घाटे को विशेष अनुप्रयोग के भीतर दर्शाते हुए ऊपर दी गई तालिका से पता चलता है कि निम्नलिखित पाई चार्ट में साबित किए गए चालन के नुकसानों से समग्र बिजली के नुकसान का संचालन होता है।

इसके अतिरिक्त ऐसा लगता है कि यदि P- चैनल MOSFET को N- चैनल के समान तुलनात्मक गेट शुल्क पसंद किया जाता है, तो स्विचिंग हानियाँ समान होंगी, लेकिन चालन हानि संभवतः अधिक हो सकती है।

इसलिए, कम आवृत्तियों के साथ कम स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए उच्च पक्ष पी-चैनल एमओएसएफईटी को मृदुतापूर्वक एक तुलनीय आर होना चाहिए डीएस (पर) कम पक्ष एन-चैनल की तरह।

भार के गैर-पृथक बिंदु (पीओएल)

गैर-पृथक पॉइंट ऑफ़ लोड्स एक कनवर्टर टोपोलॉजी है जैसे हिरन कन्वर्टर्स में जहां आउटपुट इनपुट से अलग नहीं होता है, इसके विपरीत फ्लाईबैक डिजाइन जहां इनपुट और आउटपुट स्टेज पूरी तरह से अलग-थलग हैं।

इस तरह के लो पावर नॉन-आइसोलेटेड पॉइंट ऑफ लोड्स के पास आउटपुट पावर 10W से कम है, जो सबसे बड़ी डिज़ाइन कठिनाइयों में से एक को प्रस्तुत करता है। क्षमता की संतोषजनक डिग्री को संरक्षित करते हुए आकार कम से कम होना चाहिए।

कनवर्टर आकार को कम करने का एक लोकप्रिय तरीका एन-चैनल मॉस्फ़ेट को उच्च साइड ड्राइवर के रूप में उपयोग करना है, और ऑपरेटिंग आवृत्ति को काफी अधिक स्तर तक बढ़ाना है। तेज़ स्विचिंग बहुत कम स्केल-डाउन प्रारंभ करनेवाला आकार का उपयोग करने की अनुमति देता है।

इस प्रकार के सर्किट में सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन के लिए अक्सर स्कूटी डायोड को लागू किया जाता है, हालांकि MOSFETs इसके बजाय निस्संदेह एक बेहतर विकल्प है क्योंकि MOSFETs के लिए वोल्टेज ड्रॉप आमतौर पर एक डायोड की तुलना में काफी कम है।

एक अन्य अंतरिक्ष-बचत दृष्टिकोण एक पी-चैनल के साथ उच्च पक्ष एन-चैनल एमओएसएफईटी को स्थानापन्न करना होगा।

पी-चैनल विधि से गेट को चलाने के लिए जटिल पूरक सर्किटरी से छुटकारा मिल जाता है, जो उच्च पक्ष पर एन-चैनल एमओएसएफईटी के लिए आवश्यक हो जाता है।

नीचे दिए गए आरेख एक हिरन कनवर्टर के मूल डिजाइन को प्रदर्शित करता है जिसमें उच्च पक्ष पर एक पी-चैनल MOSFET है।

आम तौर पर गैर-पृथक प्वाइंट ऑफ लोड अनुप्रयोगों में स्विचिंग आवृत्तियों की संभावना 500kHz के करीब होगी, या कई बार 2MHz तक भी होगी।

पहले की डिजाइन अवधारणाओं का विरोध करते हुए, ऐसी आवृत्तियों पर मुख्य नुकसान स्विचिंग घाटे के रूप में सामने आता है।

नीचे दिया गया आंकड़ा 1MHz की स्विचिंग आवृत्ति पर चलने वाले 3 वाट के गैर-पृथक प्वाइंट ऑफ लोड एप्लिकेशन में MOSFET से होने वाले नुकसान को इंगित करता है।

इस प्रकार यह गेट चार्ज के स्तर को दिखाता है जो एक उच्च पक्ष के आवेदन के लिए चयनित होने पर एक पी-चैनल के लिए निर्दिष्ट किया जाना चाहिए, एक उच्च पक्ष एन-चैनल डिवाइस के संबंध में।

निष्कर्ष

पी-चैनल MOSFET को लागू करने में कोई संदेह नहीं है, इससे आपको कम जटिल, अधिक भरोसेमंद और बेहतर कॉन्फ़िगरेशन के संदर्भ में डिजाइनरों को लाभ मिलता है।

एक दिए गए आवेदन के लिए कहा कि, आर के बीच समझौताडीएस (पर)और क्यूजीपी-चैनल MOSFET का चयन करते समय गंभीरता से मूल्यांकन किया जाना चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए है कि पी-चैनल अपने एन-चैनल संस्करण की तरह एक इष्टतम प्रदर्शन करने में सक्षम है।

के सौजन्य से: Infineon




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