Memahami dioda 'ideal' yang terbuat dari p-channel MOSFET dan transistor PNP

21

Model Raspberry Pi B + memiliki sirkuit perlindungan antara konektor USB dan jaring 5V di papan tulis. Mereka merekomendasikan menempatkan lingkaran perlindungan yang serupa pada HAT Pi sebelum 'backpowering' pi melalui header GPIO bersama dengan polyfuse. Saya mengerti mengapa ini adalah rekomendasi, tetapi saya ingin lebih memahami tentang bagaimana rangkaian ini bekerja.

Saya melakukan beberapa pencarian sebelum memposting pertanyaan ini dan menemukan informasi tentang penggunaan MOSFET sebagai drop diode tegangan rendah, tetapi mereka semua memiliki kabel terhubung langsung ke tanah tanpa sepasang PNP dan resistor. Apa yang mereka lakukan untuk sirkuit ini? Juga, apakah ini terutama menggunakan dioda tubuh? Dalam hal apa, info apa yang relevan pada lembar data yang memenuhi syarat DMG2305UX untuk aplikasi ini? Di sirkuit lain yang saya temukan, tampak Rdson dan Vgsth rendah yang kompatibel dengan rangkaian itu seperti karakteristik yang relevan.

dioda keamanan 'ideal'

mosfet diodes raspberry-pi protection Mark Walker
sumber
Rangkaian Anda valid. Saya telah menggunakan versi itu yang memiliki transistor dan dioda yang saya sebut FIODE. Rangkaian Anda baik untuk LV dan sirkuit saya baik untuk HV. Ada banyak alasan mengapa Anda lebih baik dengan ini daripada gerbang tua ke tanah.
Autistik
2
@Atistik silakan dengan berani dan memposting alasan mengapa ini (dan milik Anda) lebih baik.
skvery
Ini bagus. Array transistor yang SMD akan cocok untuk VBe. Sirkuit saya memiliki melalui bagian lubang dan lebih baik untuk volt tinggi. Untuk volts rendah array SMD adalah yang paling masuk akal.
Autistic

Jawaban:

13

Ide dari transistor adalah:

  • Jika Kiri rendah dan kanan adalah R2 tinggi (dan transistor kiri sedikit) akan bias negatif basis basis transistor kanan, memungkinkannya untuk mendorong gerbang ke tegangan yang tepat; menutup saluran FET dan dioda tubuh akan memblokir juga.
  • Jika kanan rendah dan kiri tinggi, persimpangan kiri transistor akan berfungsi sebagai dioda dan tarik basis transistor kanan cukup tinggi untuk menutup, memungkinkan R3 untuk menarik gerbang rendah, membuka transistor. Awalnya sisi kanan akan mulai diberdayakan oleh dioda tubuh, tetapi dengan cepat resistensi rendah saluran akan mengambil alih yang menyebabkan penurunan yang sangat rendah.

Jadi transistor kiri bertindak sebagai dioda yang cocok untuk transistor yang tepat. Nilai komponen yang tepat mungkin sedikit bergantung pada pasangan yang cocok dengan MOSFET dan PNP. Trik serupa tersedia dengan cara lain, tetapi ini adalah yang paling terkenal.

Jika Anda mengikat gerbang MOSFET langsung ke ground, seperti ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Anda secara efektif membuat selalu-di-tautan, dengan kemungkinan beberapa perilaku start-up yang disesuaikan. Biasanya perilaku start-up ini ditingkatkan menggunakan kapasitor dan / atau resistor di jalur gerbang.

Karena jika kiri tinggi, dan kanan tidak, kanan akan terangkat oleh dioda tubuh, maka sumber menjadi lebih tinggi dari gerbang, menyebabkan FET menyala. Jika kanan naik, sumber naik relatif ke gerbang segera dan lagi FET menyala. Tidak banyak untuk aksi dioda.

Dalam kedua kasus biasanya Anda akan mencari FET yang memiliki On-Resistance sangat rendah setidaknya 10 hingga 20 persen di bawah tegangan operasi minimum. Jadi jika Anda menggunakannya pada 3.3V, Anda ingin FET yang sepenuhnya aktif pada 2.5V atau lebih, yang mungkin berarti 1.2V atau kurang ambang batas, tapi itu ke lembar data.

Asmyldof
sumber
Versi normal dioda ideal FET-satunya menggunakan bagian N-ch dengan sumber ke input daya dan saluran untuk memuat ...
ThreePhaseEel
1
@ThreePhaseEel AFAIK Untuk sisi tinggi yang akan memerlukan drive tegangan gerbang di atas tingkat sumber (yaitu driver seperti dalam cds.linear.com/docs/en/datasheet/4357fd.pdf dengan pompa pengisian bawaan ), atau beberapa tipu daya sekitar tipe penipisan yang dipilih dengan sangat hati-hati (tantangan di sana!), yang keduanya tidak merupakan solusi FET tunggal. (dan desain tipe-P di OP mungkin akan mengalahkan penurunan sikap bodoh pada skala usaha vs hasil dalam semua situasi yang bisa dibayangkan)
Asmyldof
Kamu mungkin benar. Biarkan saya menggali dokumentasi tentang ini ...
ThreePhaseEel
1
Sebenarnya, Anda benar bahwa PFET adalah kasus normal untuk sisi-tinggi - tapi saya meragukan penjelasan Anda karena tindakan dioda yang diperlukan adalah ketika kiri berjalan di bawah tanah (yaitu gerbang), bukan ketika kiri tidak berdaya dan hak di atas tanah.
ThreePhaseEel
1
Sementara saya tidak pernah mengatakan tindakan dioda diperlukan selama operasi normal, hanya menjelaskan bahwa itu ada, saya (hanya) menghilangkan itu hanya diperlukan jika terjadi reverse-connection-spike dan sejenisnya.
Asmyldof