high-side switch zonder reverse current

Ik zit met een groot vraagteken bij de keuze van een schakelelement in een projectje van me.
Er is wellicht een eenvoudige oplossing, maar ik zie/vindt ze niet. Ik hoop dat jullie me kunnen helpen.

Kijk, ik heb een SMPS, waarmee ik een grote (super)condensator mee oplaadt. Wanneer die "vol" is, is het de bedoeling dat de SMPS uitgang "losgekoppeld" wordt van de condensator.

Stel even dat we gewoon een SMPS uitgang hebben en een resistieve load die we op een bepaald moment willen "ontkoppelen". Hiervoor zou ik het volgende gebruiken:

Waarmee ik met TTL Control de p-mosfet kan aan-of uitschakelen met 0-5V logica (vb microcontroller). De werking begrijp ik.
Merk op dat er tussen drain-source van de p-mosfet altijd een diode zit; wat in dit geval geen probleem is. De spanning op Supply+ is namelijk toch altijd de hoogste.

Maar...

Stel nu een "volle" capaciteit voor als load. Als ik nu de p-mosfet 'open zet', en de SMPS schakel ik uit, dan gaat die capaciteit simpelweg ontladen via deze drain-source diode en zo langs de uitgangsimpedantie van die SMPS.

De interne diode vormt dus alsnog een pad tussen condensator en Supply+. Hoe kan ik dit vermijden?

Ik dacht eraan om simpelweg een diode te plaatsen tussen de drain van de p-mosfet en de load; maar dan zit je met die vervelende spanningsval die je verliest als de schakelaar in geleiding is.

Is er een mooiere oplossing?

Ik wil eigenlijk op de plaats van de p-mosfet een schakelaar die écht 'open' is, zoals een relais: 'open' voor stroom in beide richtingen.

Een relais is dus ook een oplossing, maar ik zou liever een 'solide state' oplossing willen :-), omdat het mooier is, en iets in mij zegt dat het kan! Ik zie alleen niet hoe.

Alvast erg bedankt!
Eric

Thevel

Golden Member

Je kan een kijken naar een IGTB, die dingen zijn een combinatie van een transistor en een FET maar daar zit volgens mij geen diode in.
Ik kan je er verder weinig over vertellen, heb geen ervaring met die dingen.

Arco

Special Member

Hangt er ook vanaf wat je 'high current' noemt. De AQY211G2S bijvoorbeeld is bidirectioneel en kan 1.6A schakelen.

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 30 november 2015 15:10:16 schreef Arco:
Hangt er ook vanaf wat je 'high current' noemt. De AQY211G2S bijvoorbeeld is bidirectioneel en kan 1.6A schakelen.

Bestaat zoiets ook in een 6A uitvoering? Dat zou een mooie uitkomst bieden!

Alvast dank!

Arco

Special Member

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 30 november 2015 15:45:28 schreef Arco:
De AQZ262...

Bedankt, maar ik vraag me af...

Intern werken deze dingen ook met mosfets... heb ik dan niet dezelfde problematiek?
Van deze kan ik het schakelmechanisme niet 100% bevatten. Zoals ik het zie hebben deze meestal twee n-mosfets op de uitgang. Er is toch altijd één in geleiding in één in sper? Of zie ik het verkeerd?

Eric

Ja je ziet dat verkeerd, die dingen kunnen wisselspanning schakelen omdat ze op hetzelfde substraat zitten.
Dat kun je met aparte mosfets niet maken.

Edit: hier een link met een beetje meer uitleg.

[Bericht gewijzigd door MGP op maandag 30 november 2015 16:17:10 (31%)

LDmicro user.

Gewoon twee mosfets nemen, met de sources aan elkaar. Ja, dan gebruik je er een "de verkeerde kant op". Ja, dat mag. Ja, dat werkt.

Kijk anders eens in de datasheet van de LTC4364, die stuurt twee "tegengestelde" FETS aan als diode/surge stopper

Thevel

Golden Member

Gewoon twee mosfets nemen, met de sources aan elkaar

Dat heb ik even gesimuleerd, en het werkt inderdaad prima!

Op 30 november 2015 17:08:37 schreef blurp:
Gewoon twee mosfets nemen, met de sources aan elkaar. Ja, dan gebruik je er een "de verkeerde kant op". Ja, dat mag. Ja, dat werkt.

Heb je dan alsnog niet het verlies van één body diode? (1 mosfet in geleiding, en de andere via de body diode)

@MGP: waarom zou dat met 2 losse MOSFETs anti-serie niet kunnen?

de truc is dat MOSFETs in beide richtingen kunnen geleiden, waardoor je dus geen diode meer in serie hebt staan.

@Thevel: een IGBT heeft geen intrinsieke diode, maar er staat vrijwel altijd een diode anti-parallel of in serie, omdat IGBTs maar heel beperkt in reverse bias kunnen sperren. Daarbij heeft een IGBT al snel een forward voltage van 2-2.5V, en zijn ze dus echt niet bruikbaar voor de TS.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Thevel

Golden Member

@SparkyGSX

een IGBT heeft geen intrinsieke diode

Daarom dacht ik aan een IGTB, maar zoals ik al eerder schreef weet ik verder weinig van die dingen.
Mogelijk was hij wel te gebruiken geweest, maar zoals jij omschrijft is dat duidelijk niet het geval.

Thevel

Golden Member

Dit is de manier zoals blurp het al eerder omschreef.

Op 30 november 2015 17:24:47 schreef JBerg54:
Heb je dan alsnog niet het verlies van één body diode? (1 mosfet in geleiding, en de andere via de body diode)

Nee, je hebt geen verlies, beide P-FET's komen gewoon in geleiding als het TTL signaal hoog is.

Edit/
Weerstand in schema aangepast.

Hoe zouden die MOSFETs ooit nog uit gaan dan?

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 30 november 2015 17:37:45 schreef SparkyGSX:
de truc is dat MOSFETs in beide richtingen kunnen geleiden, waardoor je dus geen diode meer in serie hebt staan.

Heb je daar een schakeling van?

LDmicro user.

dat wat Thevel heeft getekend komt in de buurt, maar het kan ook met N-channel MOSFETs en een charge pump of andere zwevende voeding, in combinatie met optisch gekoppelde gate drivers of een andere gate driver met level shifter.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Ja maar dat is niet de bedoeling van dit topic, dan is hij veel beter af met een shottky diode in serie.

Daarom schreef ik dat dit niet gaat.

LDmicro user.

Maar dat is dus niet waar, want het schema van Thevel gaat gewoon werken als je nog een weerstand tussen de gate en source zet om deze te ontladen wanneer dat N-channel MOSFETje spert.

Als het om stromen van tientallen Amperes of spanningen groter dan 100V of zo gaat zijn P-channel MOSFETs niet handig meer, en wordt een iets ingewikkeldere constructie met N-channel MOSFETs interessant. Ik heb toevallig laatst iets dergelijks gemaakt, met een MEV3S0512SC voeding en TLP250 geisoleerde gate driver.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Het schema van thevel heeft een paar problemen.
Ten eerste de "default" is aan. Mogelijk wil je dat. Maar... die pullup regelt een spanning-meer-dan-ttl op de TTL-uitgang die dat moet sturen. Veel mensen zijn daar erg bang voor. Ik zou van die pullup een pulldown maken.

Maar wat er echt mist is de weerstand van de gates van de P-fet naar de sources van de P-FET. Dat moet echt. :-) [edit: Ah, had sparky ook al gezien]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Ik heb twee P-FET's in serie ook wel eens zo gebruikt, ik haalde de constructie rechtstreeks uit de datasheet van de LTC4412. Mogelijk is die chip ook handig voor de sturing, afhankelijk van de spanningen en FET's e.d.
Er zijn voor 'beperkte' spanning & stroom erg goede P-FETjes tegenwoordig :)

[Bericht gewijzigd door Aart op maandag 30 november 2015 20:44:01 (18%)

Op 30 november 2015 19:18:11 schreef SparkyGSX:
maar het kan ook met N-channel MOSFETs en een charge pump of andere zwevende voeding,

Of met N-Channel in je retour-pad (ground zo je wil)...

Dat kan hele vervelende complicaties opleveren, maar als TS voed vanuit een geisoleerd switchertje, of als het afgeschakelde deel erg op zichzelf staat is het wellicht prima te doen.

Thevel

Golden Member

Op 30 november 2015 20:39:17 schreef rew:
Het schema van thevel heeft een paar problemen. ]

Had het schema getekend na een eerder idee om 2 FET's met de source aan elkaar te knopen.
Ben nog eens aan het simuleren geweest en het heeft inderdaad een probleem, het gaat goed zolang de spanning aan de linker kant hoger is dan de rechter kant, andersom gaat het mis.
Dit is wel op te lossen door de spanning op de gate van beide kanten met een weerstand en diode voeden.

Het zou moeten werken, mits je een ontladingsweerstand tussen gate en source doet.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Erg bedankt iedereen voor de uitgebreide respons! Ik heb er veel aan.

Ik ben eens aan het simuleren geweest met het onderstaande schemaatje dat ik ergens op een andere site vond:

Alleen heb ik onderaan een n-fet gebruikt om de gates van de bovenste aan te sturen ipv een BJT.

En... het werkt.

Wel vreemd dat er in dit schemaatje geen pullup weerstand gebruikt wordt zoals in het schema van Thevel...?
Ik snap wat de pullup normaal doet: de gates op gelijk potentiaal brengen als de source(s), zodat Vgs=0 en de mosfet's gaan sperren.

Hoe komt het dat dit zonder pullup ook werkt (volgens mijn simulator, LT Spice)?

Eric

EDIT:
Ik zie het al denk ik: fungeert de weerstand tussen de sources en gates (470k-weerstand) hier als pullup? Als onderaan de BJT 'open' is, dan staan sources en gates gelijk. En als de BJT 'dicht' gaat hangen de gates aan massa waardoor er een -Vgs ontstaat die de p-fets in geleiding brengt...

Ben ik juist?