So verwenden Sie einen N-Kanal-MOSFET als High-Side-Schalter (Non-Buck-Switching)

Ich habe eine Anwendung mit einigen Einschränkungen, für die es schwierig ist, eine Lösung zu finden.

  1. Laststrom mehr als 10 A, daher wird ein N-Kanal-MOSFET bevorzugt;

  2. Arbeitsspannung ist etwas hoch, zwischen 50-80V;

  3. Logikschalter-Steuersignal, keine Treiberfähigkeit, während eine sehr schnelle Reaktion erwartet wird;

  4. Aus irgendeinem Grund ist eine High-Side-Schaltung erforderlich. Das heißt, der MOSFET befindet sich zwischen Stromquelle und Last. Die Last ist nicht induktiv wie bei einem Abwärtswandler.

Ich habe im Internet nach High-Side-MOSFET-Treibern gesucht, aber alle sind mit Buck-Anwendungen ausgestattet und werden mit einem externen Kondensator geliefert, der an die Quelle des MOSFET angeschlossen ist, damit die Erdungsschiene aufgeladen wird. Was meiner Meinung nach in meiner Anwendung nicht funktioniert, wo nach dem Einschalten keine Erdungsschiene vorhanden ist.

Ich habe einige Treiber mit eingebauter Ladepumpe gefunden, aber unter 36 V.

Ich kenne eine Problemumgehung, die eine Batterie verwendet und den Minuspol der Batterie mit der Quelle des MOSFET verbindet, aber dies ist keine Lösung, da ich keine Möglichkeit habe, die Batterie aufzuladen, und sie daher regelmäßig ausgetauscht werden muss.

MAXIM stellt einen isolierten Stromrichter her, der einen Transformator verwendet.
Es gibt viele P-Kanal-MOSFETs, die problemlos eine 10-A-Last treiben können. Das Problem bei der Verwendung eines N-Kanals als Hight-Side-Schalter besteht darin, dass Sie eine Gate-Spannung benötigen, die höher ist als die Spannung, die Sie schalten. Siehe diese Frage DC mit MOSFET schalten: p-Kanal oder n-Kanal; Niedrige Seitenlast oder hohe Seitenlast? für eine vollständige Erklärung.
Ich verwende IR-LEDs, um n-Kanäle anzusteuern, wenn ich eine höhere Vgd als praktisch benötige ...
@dandavis Wie würdest du das machen? Ohne weitere Erklärung wird Ihr Kommentar wahrscheinlich niemandem helfen ;)
Eine helle weiße LED, die direkt in eine rote LED leuchtet, bewirkt, dass die rote LED ~ 1,5 V ausgibt. Wenn Sie sie in Reihe schalten, wird Spannung hinzugefügt. Wechselnde Flach-LEDs lassen sich sehr einfach in Reihe zu einem kompakten Lichtziel verdrahten. Überbrücken Sie einen 1-10 m GS-Bleeder, um MOSFETs anzusteuern.
@dandavis Ahh, interessant! Natürlich nicht gut für Hochfrequenzschaltungen, aber eine interessante Lösung, wenn Sie nur gelegentlich eine Last ein- und ausschalten müssen.
Ich danke Ihnen allen für die Antwort ... möchte weitere Informationen zu meiner Anwendung hinzufügen. Es handelt sich um einen Überspannungsschutzschalter, der innerhalb von 200-400 ns abgeschaltet wird, wenn eine Überspannung auftritt. In der Zwischenzeit arbeitet es als Lastschalter, der von der MCU gesteuert wird.

Antworten (3)

Wenn es die Anwendung zulässt, können Sie eine isolierte Stromversorgung (12 V oder 15 V) verwenden, um die Gate-Treiberspannung zu erzeugen, und dann einen Optokoppler verwenden, um den MOSFET ein- oder auszuschalten.

Sie könnten einen photovoltaischen MOSFET-Treiber verwenden (normalerweise für SSR verwendet), zum Beispiel den VOM1271: VOM1271

Verwenden Sie einen Automotive-High-Side-Schalter (er enthält MOSFET- und Treiberschutzfunktionen und -diagnose), suchen Sie nach Infineon und ST, aber ehrlich gesagt könnte es schwierig sein, einen zu finden, der bei 80 V funktioniert. Ein weiteres Beispiel: intelligente High-Side- Schalter

Danke für deine Antwort. VOM1271 sieht eine anständige Lösung aus, nur ist es in meiner Anwendung zu langsam. Ich erwarte eine Abschaltung innerhalb weniger hundert Nanosekunden. es ist ein Überspannungsschutzschalter (mit Komparator). Für High-Side-Schaltermodule könnte es zu teuer sein.
Das Einschalten ist langsam, aber das Ausschalten ist relativ schnell (siehe Abbildung 5 im Datenblatt). Es enthält intern ein abschaltbares Jfet . Preislich ist es für eine solche Anwendung wahrscheinlich teuer

Der neuere LTC7001 ermöglicht diese Funktionalität, kommt jedoch in einem lästigen Paket.

Sie sagen, weil 10A Strom geschaltet werden sollen, ist N-Kanal zu bevorzugen. Ich verstehe nicht warum. Es gibt einige P-Kanal-MOSFETs, die Ihre Anforderungen erfüllen können, wie diese Suche auf DigiKey zeigt.

Nehmen Sie als Beispiel das folgende Modell aus dieser Liste:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie sich in der SOA des Teils befinden.
@ Matt jung. Es gibt einige Gründe dafür, n-Kanal zu bevorzugen. 1. Der n-Kanal hat normalerweise einen niedrigeren Einschaltwiderstand als der P-Kanal, da der Schalter während des Lastbetriebs immer eingeschaltet ist, um die Leistung (und auch den Spannungsabfall) bei hohem Arbeitsstrom abzuleiten. 2. p-Kanal hat weniger Auswahl auf dem Markt als n-Kanal, normalerweise teurer.
@Spark Ok, für Nr. 2 (aber Sie müssen auch die Kosten für Ihren High-Side-N-Kanal-Mosfet-Gate-Treiber abwägen). Für Nr. 1 sollten Sie Ihr Designziel berücksichtigen. ....
@Spark ... Wenn Sie den absolut niedrigsten Rds (on) wollen, benötigen Sie den N-Kanal, aber wenn ein bestimmter P-Kanal-MOSFET Ihre Ziele erfüllt UND Ihr Design vereinfacht, könnten Sie mit letzterem besser dran sein. Übrigens, da wir über Schaltanwendungen sprechen, können Sie Geräte auch parallel schalten: Dies senkt nicht nur den äquivalenten Rds (on), sondern erhöht auch die Strombelastbarkeit und hilft, die Wärmeableitung auf mehrere Geräte zu verteilen, was wiederum Ihr thermisches Design beeinträchtigen könnte Einfacher.
@Spark Keines dieser Argumente ist sehr gut. Sie müssen die Komplexität erhöhen, um das Ding einfach einzuschalten. Was auch immer Sie gespart haben, wird in Pik wieder hinzugefügt.
Mit 200 mΩ RDSon werden Sie 20 W bei 10 A verbrauchen. Das ist, als hätte man einen halben Lötkolben auf der Platine.
@jcoffland Dieser MOSFET war nur ein Beispiel, keine optimierte Wahl. Wie auch immer, dieser Rds(on)-Wert ist ein Maximalwert. Wenn Sie das Datenblatt durchsuchen, werden Sie feststellen, dass der typische Wert bei 10 A etwa 140 mOhm für einen -10-V-Vgs-Antrieb beträgt. Das macht immer noch 14 W, aber das OP hat nicht angegeben, nach welcher Art von Schalt-App er sucht. Wenn das Tastverhältnis klein ist, könnte die durchschnittliche Verlustleistung viel kleiner sein.
So verwenden Sie einen N-Kanal-MOSFET als High-Side-Schalter (Non-Buck-Switching)
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