Simulationszweifel mit Zenerdiode & MOSFET

Ich habe die folgende Schaltung, in der ich versuche, Simulationen durchzuführen.

Verwendetes Simulationstool - Falstad Simulator

12 V Zenerdiode

Top-MOSFET

Unterer MOSFET

Frage 1 :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Zenerdiode hat eine Nennspannung von 12 V.

Ich möchte einen Strom von 12 A durch beide MOSFETs simulieren

Also habe ich für meine 16-V-Eingangsspannung meinen Widerstand auf 1,33 Ohm berechnet, um einen Strom von 12 A zu erhalten. Aber wenn beide MOSFETs eingeschaltet sind, beträgt mein Drain-Strom durch sie nur 91 mA. Kann mir jemand sagen, was das Problem ist und warum ich keinen Drain-Strom von 12A bekomme? Und ich habe versucht, den Rds(on)-MOSFET-Parameter im Tool zu ändern, konnte ihn aber nicht finden und ändern.

Nächste Frage :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich wie unten gezeigt eine negative Spannung von -14 V an das Gate des unteren MOSFET anlege, erhalte ich eine Spannung an der Zenerkathode von 2,195 und eine Spannung zwischen den MOSFET-Knoten von 2,7 V bei 6,4 mA Strom?

Kann mir jemand sagen, wie diese 2,195 V und 2,7 V erscheinen? Ich möchte nur das Schaltungsverhalten unter diesen Bedingungen verstehen. Bitte helfen Sie.

Kann mir jemand beim Verständnis der Schaltung unter diesen Bedingungen helfen?
1- falsches Simulationsmodell. 2 - Der obere MOSFET (T1) ist eingeschaltet und der untere (T2) könnte ebenfalls eingeschaltet sein oder kurz davor stehen, eingeschaltet zu werden. Da die Zenerdiode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist (0,6 V), beträgt die Spannung an der T1-Source (T2-Drain) 5 V - Vgs = 2,7 V. Und die Spannung am T2-Gate beträgt 2,7 V - 0,6 V = 2,1 V. Diese Spannung am Gate von T2 könnte also T2 einschalten.
@G36, danke für die Analyse. Ich kann nicht verstehen, warum Sie es getan haben - "5 V-Vgs = 2,7 V". Außerdem würde ich gerne verstehen, was mit dem Simulationsmodell in (1) falsch ist. Bitte erklären Sie mir, wie Sie zu 5 V-Vgs = 2,7 V gekommen sind und wie die 2,7-V-Spannung auch in der Simulation angekommen ist? Bitte helfen Sie in einfachen Worten. Hängen schon lange an diesem Ort fest.
Zeigen Sie uns den Link zur Simulation.
@G36, bitte verwenden Sie den obigen Link, den ich für die Simulation verwendet habe
Für das, was ich sehen kann, setzen Sie Vgs (th) = 1,5 V und Beta = 20 m. Aber aus dem Datenblatt assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BUK7Y3R5-40E.pdf können wir sehen, dass (Abb. 6) Beta = 0,5 * 25 A / (5 V - 1,5 V) ^ 2 = 1 Sie sollten also großzügig sein ( make good switch) und setze den Beta-Wert = 20.
Für die Situation zwei (Vin -14 V) haben wir diese Situation 5 V - Vgs1 - Vd - Vgs2 = 0. Wenn also die MOSFETs identisch sind (Vgs1 = Vgs2) und wir davon ausgehen, dass Vd = 0,6 V ist, haben wir Vgs = (5 V - 0,6 V )/2 = 2,2 V und die Spannung am Drain von T2 ist Vgs + Vd = 2,2 V + 0,6 V = 2,8 V
Können Sie mir den Zweck des oberen MOSFET und der Zenerdiode erklären? Und was machen diese Widerstände (82k, 18k) am oberen MOSFET-Drain?
Der obere MOSFET wird durch ein Aktivierungssignal von der MCU angesteuert und die Widerstände wirken als Widerstandsteiler und diese Ausgangsspannung wird dem ADC-Pin des Mikrocontrollers zugeführt. Die Zenerdiode soll die Spannung auf maximal 12 V halten, wenn der Wert mehr als 12 V überschreitet. Der Spannungsbereich am Gate des unteren MOSFET beträgt 9-16 V. Und da es sich um eine Batterieklemme handelt, ist auch eine Sperrspannung anwendbar. Die Sperrspannung beträgt -14 V
@ G36, danke. Aber ich kann die von Ihnen berechnete Spannung wirklich nicht verstehen. Könnten Sie bitte eine Schleife zeichnen und mit dem KVL helfen und bitte zu dieser Spannung kommen. Könnten Sie bitte Ihre Kommentare zum Nutzen aller zu einer Antwort zusammenfassen
@G36, könnten Sie bitte die Spannungen mit Hilfe von KVL erklären und eine Antwort zum Nutzen aller geben

Antworten (1)

1- Aus Ihrer Simulation kann ich ersehen, dass Sie sich für die Verwendung eines falschen MOSFET-Parameters entschieden haben.

v T = 1.5 v Und β = 20 M A / v 2

Und dies gibt uns zum Beispiel den Drain-Strom für v G S = 4.5 v gleich:

ICH D = β 2 ( v G S − v T ) 2 = 90 mA

Daher müssen Sie die erhöhen β Wert.

Wir können den Bedarf berechnen β Wert unter Verwendung dieser Näherungsgleichung (MOSFET im Triodenbereich)

β = 1 R D S ( Ö N ) ( v G S − v T )

Zum Beispiel für v T = 1.5 v , v G S = 10 v , R D S ( Ö N ) = 30 M Ω

β = 1 R D S ( Ö N ) ( v G S − v T ) = 1 30 M Ω ( 10 v − 1.5 v ) ≈ 4 A / v 2

Um Ihre Simulation zu reparieren, müssen Sie also die erhöhen β Wert.

Wenn ich wie unten gezeigt eine negative Spannung von -14 V an das Gate des unteren MOSFET anlege, erhalte ich eine Spannung an der Zenerkathode von 2,195 und eine Spannung zwischen den MOSFET-Knoten von 2,7 V bei 6,4 mA Strom?

Kann mir jemand sagen, wie diese 2,195 V und 2,7 V erscheinen? Ich möchte nur das Schaltungsverhalten unter diesen Bedingungen verstehen. Bitte helfen Sie.

Hmm ... seltsame Schaltung.

Der obere MOSFET ist eingeschaltet, da das Gate des oberen MOSFET eingeschaltet ist + 5 v . Der Strom fließt also weiterhin durch die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Zenerdiode und in den unteren MOSFET-Gate-Widerstand. Und wenn die MOSFET-Schwellenspannung niedrig ist (wie in Ihrem Fall), ist auch der untere MOSFET eingeschaltet.

Wir können KVL hier anwenden und sehen, was wir bekommen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

v G = v G S 1 + v D + v G S 2

Und in Ihrer Simulation haben wir perfekt aufeinander abgestimmte MOSFETs (Id1 = Id2 ohne Berücksichtigung des Diodenstroms, also Vgs1 = Vgs2).

v G S = v G − v D 2 = 5 v − 0,6 v 2 = 2.2 v

Und die Spannung an der T 2 Abfluss wird sein v D 2 = v G S + v D = 2.8 v

ICH D 2 = β 2 ( v G S − v T ) 2 = 20 M 2 ( 2.2 v − 1.5 v ) 2 = 4.9 mA

ICH D 1 = ICH D 2 + ICH D Z = 4.9 mA + 2.2 v + 14 v 10 k Ω = 6.5 mA

Und ich muss sagen, dass mir diese Strecke überhaupt nicht gefällt.

Warum ist die Zenerdiode zwischen Gate und Drain eines unteren MOSFET geschaltet?

Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Die Zenerdiode kann zwischen Gate und Drain geschaltet werden, richtig? Wenn beispielsweise der untere MOSFET eingeschaltet ist, befindet sich die Zenerdiode nur zwischen der Versorgung und Masse. Deshalb
Aber warum wollen Sie die Gate- und Drain-Anschlüsse "schützen"?
Ich möchte sie schützen, weil die absoluten Höchstwerte der Gate-Source-Spannung des MOSFET 20 V betragen. Also schütze ich es mit einer Zenerdiode, damit die maximale Spannung der Gate-Source-Spannung des MOSFET die Zener-Durchbruchspannung nicht überschreitet, die nicht mehr als 12 V beträgt
Simulationszweifel mit Zenerdiode & MOSFET
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