Todos os circuitos são viáveis quando acionados corretamente, mas os 2 e 3 são muito mais comuns, muito mais fáceis de dirigir e muito mais seguros, não fazendo as coisas de maneira errada.
Em vez de fornecer um conjunto de respostas baseadas em voltagem, darei algumas regras gerais que são muito mais úteis quando você as entender.
Os MOSFETs têm um Vgs ou Vsg máximo seguro além do qual eles podem ser destruídos. Geralmente é o mesmo em qualquer direção e é mais o resultado da espessura da construção e da camada de óxido.
O MOSFET estará "ativado" quando Vg estiver entre Vth e Vgsm
- Em uma direção positiva para os FETs do canal N.
- Na direção negativa para os FETs do canal P.
Isso faz sentido de controlar os FETs nos circuitos acima.
Defina uma tensão Vgsm como a tensão máxima que o gate pode ser mais + ve que a fonte com segurança.
Defina -Vgsm como o máximo que Vg pode ser negativo em relação a s.
Defina Vth como a voltagem em que um gate deve ser fonte de energia para apenas ligar o FET. Vth é + ve para os FETs do canal N e negativo para os FETs do canal P.
ENTÃO
O circuito 3
MOSFET é seguro para Vgs no intervalo +/- Vgsm.
MOSFET está ativado para Vgs> + Vth
O circuito 2
MOSFET é seguro para Vgs no intervalo +/- Vgsm.
O MOSFET está ativado para - Vgs> -Vth (ou seja, o portão é mais negativo que o dreno pela magnitude de Vth.
Circuito 1
Exatamente o mesmo que no circuito 3,
ou seja, as tensões relativas ao FET são idênticas. Não é surpresa quando você pensa sobre isso. MAS Vg agora será ~ = 400V em todos os tempos.
Circuito 4
Exatamente o mesmo que o circuito 2,
ou seja, as tensões relativas ao FET são idênticas. Novamente, não é surpresa quando você pensa sobre isso. MAS Vg agora estará ~ = 400V abaixo do trilho de 400V o tempo todo.
isto é, a diferença nos circuitos está relacionada à tensão do terra Vg wrt para um canal FET de N canal e + 400V para um canal FET de canal P. O FET não "sabe" a voltagem absoluta em que o seu portão está - apenas "se preocupa" com as voltagens da fonte.
Relacionado - surgirá ao longo do caminho após a discussão acima:
MOSFETS são comutadores '2 quadrante'. Ou seja, para um comutador de canal N em que a polaridade de gate e dreno em relação à fonte em "4 quadrantes" pode ser + +, + -, - - e - +, o MOSFET será ativado com
OU
- Vds negativo e Vgs positivo
Adicionado no início de 2016:
P: Você mencionou que os circuitos 2 e 3 são muito comuns, por que isso?
Os switches podem funcionar em ambos os quadrantes, o que faz com que escolha canal P para N, lado alto para lado baixo? -
R: Isso é amplamente abordado na resposta original se você a examinar com cuidado. Mas ...
TODOS os circuitos operam apenas no 1º quadrante quando ativados: Sua pergunta sobre a operação em 2 quadrantes indica um mal-entendido dos 4 circuitos acima. Mencionei a operação de 2 quadrantes no final (acima), mas não é relevante na operação normal. Todos os quatro circuitos acima estão operando em seu primeiro quadrante - isto é, polaridade Vgs = polaridade Vds em todos os momentos quando ligados.
A operação no segundo quadrante é possível, isto é,
polaridade Vgs = - polaridade Vds em todos os momentos quando ativada,
mas isso geralmente causa complicações devido ao "diodo corporal" incorporado no FET - consulte a seção "Diodo corporal" no final.
Nos circuitos 2 e 3, a tensão do inversor sempre fica entre os trilhos da fonte de alimentação, tornando desnecessário o uso de disposições "especiais" para derivar as tensões do inversor.
No circuito 1, o acionamento do portão deve estar acima do trilho de 400V para obter Vgs suficientes para ligar o MOSFET.
No circuito 4, a tensão do portão deve estar abaixo do solo.
Para atingir essas tensões, os circuitos de "inicialização" são frequentemente usados, os quais geralmente usam uma "bomba" de capacitor de diodo para fornecer tensão extra.
Um arranjo comum é usar 4 x N Channel em uma ponte.
Os 2 x FETs do lado inferior têm acionamento por portão habitual - digamos 0/12 V, e os 2 FETS do lado alto precisam (aqui) economizar 412V para fornecer + 12V aos FETS do lado alto quando o FET está ligado. Tecnicamente, isso não é difícil, mas é mais a fazer, mais a dar errado e deve ser projetado. O fornecimento de bootstrap geralmente é acionado pelos sinais de comutação PWM, portanto, há uma frequência mais baixa na qual você ainda recebe a unidade de porta superior. Desligue o AC e a tensão de autoinicialização começa a diminuir devido a vazamentos. Novamente, não é difícil, é bom evitar.
Usar o canal 4 x N é "legal", pois
todos são correspondidos,
Rdson é geralmente mais baixo pelo mesmo canal $ do que P.
NOTA !!!: Se os pacotes estiverem com aba isolada ou usarem montagem isolada, todos poderão ir juntos no mesmo dissipador de calor - MAS tome a devida atenção !!!
Nesse caso
enquanto
Diodo corporal: Todos os FETS que são geralmente encontrados * têm um diodo corporal polarizado "intrínseco" ou "parasitário" entre o dreno e a fonte. Em operação normal, isso não afeta a operação pretendida. Se o FET for operado no 2º quadrante (por exemplo, para o canal N Vds = -ve, Vgs = + ve) [[pedantry: chame esse 3º se desejar :-)]], o diodo do corpo será conduzido quando o FET for ativado desligado quando Vds é -ve. Existem situações em que isso é útil e desejado, mas não é o que é comumente encontrado em, por exemplo, 4 pontes FET.
* O diodo do corpo é formado devido ao substrato no qual as camadas do dispositivo são formadas. O dispositivo com um substrato isolante (como o Silicon on Saphire), não possui esse diodo corporal intrínseco, mas geralmente é muito caro e especializado).
