Verständnis einer "idealen" Diode aus einem p-Kanal-MOSFET und PNP-Transistoren

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Die Raspberry Pi B + Modelle verfügen über eine Schutzschaltung zwischen dem USB-Anschluss und dem 5-V-Netz auf der Platine. Sie empfehlen, einen Pi-HAT mit einer ähnlichen Schutzschaltung auszustatten, bevor der Pi über den GPIO-Header zusammen mit einer mehrpoligen Sicherung rückgespeist wird. Ich verstehe, warum dies die Empfehlung ist, aber ich würde gerne mehr darüber erfahren, wie diese Schaltung funktioniert.

Bevor ich diese Frage gestellt habe, habe ich einige Nachforschungen angestellt und Informationen zur Verwendung eines MOSFET als Niederspannungs-Drop-Diode gefunden, aber bei allen war das Gate ohne die beiden PNPs und die Widerstände direkt mit Masse verbunden. Was machen sie für diese Strecke? Wird dazu hauptsächlich die Body-Diode verwendet? In welchem ​​Fall enthält das Datenblatt die relevanten Informationen, die DMG2305UX für diese Anwendung qualifizieren? In den anderen Schaltkreisen, die ich fand, schienen niedrige Rdson- und Vgsth-Werte, die mit dem Schaltkreis kompatibel waren, den relevanten Eigenschaften zu entsprechen.

"Ideale" Sicherheitsdiode

Mark Walker
quelle
Ihre Schaltung ist gültig. Ich habe eine Version davon verwendet, die einen Transistor und eine Diode hat, die ich FIODE nannte. Ihre Schaltung ist gut für LV und meine Schaltung ist gut für HV. Es gibt viele Gründe, warum Sie damit besser sind als das alte Tor zum Boden.
Autistic
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@Autistic sei bitte mutig und poste die Gründe, warum dies (und deins) besser ist.
Skvery
Dies ist gut. Das Transistor-Array, das SMD ist, ist gut für VBe geeignet. Meine Schaltung hat Durchgangslochteile und ist besser für hohe Volt. Für niedrige Volt ist das SMD-Array am sinnvollsten.
Autistic

Antworten:

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Die Idee der Transistoren ist, dass:

  • Wenn die linke Seite niedrig und die rechte Seite hoch ist, spannt R2 (und der linke Transistor ein wenig) die Basis der rechten Transistorbasis negativ vor, wodurch das Gate auf die rechte Spannung gedrückt werden kann. Das Schließen des FET-Kanals und der Body-Diode wird ebenfalls blockieren.
  • Wenn der rechte Transistor niedrig und der linke hoch ist, arbeitet der be-Übergang des linken Transistors als Diode und zieht die Basis des rechten Transistors hoch genug, um zu schließen, so dass R3 das Gate niedrig ziehen und den Transistor öffnen kann. Anfänglich wird die rechte Seite von der Body-Diode gespeist, aber ziemlich schnell wird der niedrige Widerstand des Kanals die Kontrolle übernehmen und einen sehr geringen Abfall verursachen.

Der linke Transistor wirkt also als angepasste Diode für den rechten Transistor. Die genauen Komponentenwerte hängen möglicherweise ein wenig vom gewählten, übereinstimmenden MOSFET- und PNP-Paar ab. Ähnliche Tricks gibt es auch auf andere Weise, aber dies ist die bekannteste.


Wenn Sie das Gate des MOSFET direkt mit Masse verbinden, gehen Sie wie folgt vor:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab

Sie erstellen effektiv eine permanente Verbindung mit möglicherweise angepasstem Startverhalten. In der Regel wird dieses Anlaufverhalten durch Kondensatoren und / oder Widerstände im Gate-Pfad verstärkt.

Denn wenn die linke Seite hoch ist und die rechte nicht, wird die rechte Seite durch die Body-Diode angehoben, und die Source wird höher als das Gate, wodurch der FET eingeschaltet wird. Wenn das Recht hoch geht, steigt die Source relativ zum Gate sofort an und der FET schaltet wieder ein. Nicht viel für Diodenaktionen.


In beiden Fällen suchen Sie normalerweise einen FET mit einem sehr niedrigen Einschaltwiderstand, der mindestens 10 bis 20 Prozent unter der Mindestbetriebsspannung liegt. Wenn Sie es also mit 3,3 V verwenden, möchten Sie einen FET, der bei etwa 2,5 V voll eingeschaltet ist, was wahrscheinlich einen Schwellenwert von 1,2 V oder weniger bedeutet, aber das hängt von den Datenblättern ab.

Asmyldof
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Die normale Version der idealen FET-Diode verwendet einen N-Kanal-Teil mit der Source zum Leistungseingang und der Drain zur Last ...
ThreePhaseEel
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@ThreePhaseEel AFAIK Für High-Side-Geräte, die einen Gate-Spannungstreiber über dem Source-Pegel benötigen (dh einen Treiber wie in cds.linear.com/docs/en/datasheet/4357fd.pdf mit eingebauter Ladungspumpe) oder eine Art von Trick um einen sehr sorgfältig ausgewählten Verarmungstyp (Herausforderung genau dort!), von denen keine eine Einzel-FET-Lösung ist. (Und das P-Typ-Design in OP wird wahrscheinlich die Depletion-Täuschung in Bezug auf Aufwand und Ergebnisskala in allen erdenklichen Situationen
hinter sich lassen.
Du hast vielleicht recht. Lassen Sie mich die Dokumentation zu diesem
Thema
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Eigentlich haben Sie Recht, dass ein PFET der Normalfall für die High-Side ist - aber ich bezweifle Ihre Erklärung, dass die Diodenaktion erforderlich ist, wenn die linke unter die Erde geht (dh das Gate), nicht, wenn die linke stromlos ist und Das Recht ist oberirdisch.
ThreePhaseEel
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Ich habe zwar nie gesagt, dass die Diodenaktion während des normalen Betriebs erforderlich ist, aber nur erklärt, dass sie vorhanden ist, habe ich (nur) darauf verzichtet, dass sie nur für Spikes mit umgekehrter Verbindung und dergleichen erforderlich ist.
Asmyldof