Zwei-Richtungs-FET-Schalter. Ist es möglich?

Ist es möglich, einen High-Side-MOSFET-Schalter zu haben, der jede Stromrichtung zulässt? Ich habe versucht, einen zu entwerfen, aber ohne Erfolg. Oder sollte ich ein Relais verwenden?

@ErikR Ich habe versucht, diese Konfigurationen im PSpice zu simulieren, aber aus bestimmten Gründen war das Verhalten nicht symmetrisch. Mayme gebrauchte Modelle waren nicht sehr gut.
Sehen Sie sich auch die Funktionsweise und das Design von analogen Schaltern an, z. B. youtube.com/watch?v=z9GRiYPq7LM
Hier ist ti.com/lit/pdf/slva948 , wie TI es macht.
@Janka sehr interessantes Papier.

Antworten (1)

Fun Fact: MOSFETs (auch JFETs!) leiten in beide Richtungen, wenn Vgs über dem Schwellenwert liegt.

Das Problem bei MOSFETs (3-Pol-MOSFETs, bei denen der Body an die Source gebunden ist) ist die parasitäre Body-Diode, die durch die FET-Struktur gebildet wird, und die Body-Source-Verbindung leitet auch, wenn die Drain-Source-Spannung in Sperrrichtung ist, selbst wenn der FET Tor ist aus.

Mehr über diese lästige Body-Diode hier: Wie sollte ich die intrinsische Body-Diode in einem MOSFET verstehen?

Mit anderen Worten:

  • FET 'on': leitet in beide Richtungen durch den Drain-Source-Kanal mit Rds(on)-Widerstand
  • FET 'aus': Sperrt Vorwärts-Drain-Source, leitet Rückwärts durch Body-Diode mit einem Vf-Abfall.

Beachten Sie, dass der Drain-Source-Kanal des FET im eingeschalteten Zustand die Body-Diode kurzschließt , sodass der Großteil des Stroms durch den normalen Drain-Source-Pfad und nicht durch die parasitäre Diode fließt.

Die Problemumgehung besteht darin, zwei FETs in Reihe zu schalten, Back-to-Back, Source-to-Source oder Drain-to-Drain. Dadurch kann jeder FET die parasitäre Body-Diode des anderen blockieren, wenn er „aus“ ist.

Mehr hier: Lässt der MOSFET Strom durch die Source zum Drain fließen, wie er es vom Drain zur Source zulässt?

BONUS: Eine Simulation, die High-Side-Schalter zeigt, die mit n-FETs auf 3 verschiedene Arten aufgebaut sind: 4-Terminal, 3-Terminal mit Body-Diode und Back-to-Back 3-Terminal.

Simulieren Sie es hier

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein paar Vorbehalte: Es kann manchmal schwierig sein, das Gate vorzuspannen, wenn die Spannung, die Sie schalten, größer ist als die zulässige Gate-Source-Spannung des FET. Außerdem gibt es eine beträchtliche Menge an Kapazität über dem Schalter, wenn er sich im Aus-Zustand befindet.
Tatsächlich ist es sehr gut möglich, einen einzigen MOSFET (z. B. n-Kanal) zu verwenden, um bidirektionale Spannungen zu blockieren. Wenn der Körper mit VSS anstelle der Quelle verbunden ist, gibt es zwei antiserielle Dioden parallel zum Kanal und es tritt keine parasitäre Körperleitung auf. Leider werden MOSFETs mit 4 Anschlüssen nicht mehr als solche verkauft, aber einige sind immer noch zu finden - gekennzeichnet als NMOS-Analogschalter.
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