Todos los circuitos son factibles cuando se conducen correctamente, pero el 2 y el 3 son mucho más comunes, mucho más fáciles de conducir bien y mucho más seguros para no hacer las cosas mal.
En lugar de darte una serie de respuestas basadas en la tensión, te daré algunas reglas generales que son mucho más útiles una vez que las entiendes.
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Los MOSFETs tienen una Vgs o Vsg máxima segura más allá de la cual pueden ser destruidos, Esto suele ser más o menos lo mismo en cualquier dirección y es más un resultado de la construcción y los espesores de las capas de óxido.
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El MOSFET estará "encendido" cuando Vg esté entre Vth y Vgsm
- En sentido positivo para los FET de canal N.
- En dirección negativa para los FET de canal P.
Esto da sentido al control de los FETs en los circuitos anteriores.
Definir una tensión Vgsm como la tensión máxima que la puerta puede ser más +ve que la fuente con seguridad.
Definir -Vgsm como lo máximo que Vg puede ser negativo respecto a s.
Defina Vth como el voltaje que debe tener la puerta respecto a la fuente para que el FET se encienda. Vth es +ve para los FET de canal N y negativo para los FET de canal P.
SO
Circuito 3
El MOSFET es seguro para Vgs en el rango +/- Vgsm.
El MOSFET está encendido para Vgs> +Vth
Circuito 2
El MOSFET es seguro para Vgs en el rango +/- Vgsm.
El MOSFET está encendido para - Vgs > -Vth (es decir, la puerta es más negativa que el drenaje por la magnitud de Vth.
Circuito 1 Exactamente igual que el circuito 3
es decir, las tensiones relativas al FET son idénticas. No es de extrañar cuando se piensa en ello. PERO Vg será ahora ~= 400V en todos los tiempos.
Circuito 4 Exactamente igual que el circuito 2
es decir, las tensiones relativas al FET son idénticas. De nuevo, no es una sorpresa cuando se piensa en ello. PERO Vg será ahora ~= 400V por debajo del carril de 400V en todo momento.
Es decir, la diferencia en los circuitos está relacionada con la tensión de Vg respecto a tierra para un FET de canal N y de +400V para un FET de canal P. El FET no "conoce" la tensión absoluta de su puerta, sólo se preocupa por las tensiones respecto a la fuente.
Relacionado - surgirá en el camino después de la discusión anterior:
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Los MOSFETS son interruptores de "2 cuadrantes". Es decir, para un interruptor de canal N en el que la polaridad de la puerta y el drenaje respecto a la fuente en "4 cuadrantes" puede ser + +, + -, - - , y - +, el MOSFET se encenderá con
O
- Vds negativo y Vgs positivo
Añadido a principios de 2016:
P: Ha mencionado que los circuitos 2 y 3 son muy comunes, ¿por qué?
Los interruptores pueden funcionar en ambos cuadrantes, ¿qué hace que uno elija el canal P al canal N, el lado alto al lado bajo? -
R: Esto está cubierto en gran medida en la respuesta original si se revisa cuidadosamente. Pero...
TODOS los circuitos funcionan sólo en el 1er cuadrante cuando están encendidos: Su pregunta sobre el funcionamiento de 2 cuadrantes indica un malentendido de los 4 circuitos anteriores. He mencionado el funcionamiento de 2 cuadrantes al final (arriba) PERO no es relevante en el funcionamiento normal. Todos los 4 circuitos de arriba están operando en su 1er cuadrante - es decir, la polaridad Vgs = la polaridad Vds en todo momento cuando se enciende.
El funcionamiento del segundo cuadrante es posible, es decir
Polaridad Vgs = - Polaridad Vds en todo momento cuando está encendido
PERO esto suele causar complicaciones debido al "diodo de cuerpo" incorporado en el FET - véase la sección "Diodo de cuerpo" al final.
En los circuitos 2 y 3, la tensión de accionamiento de la puerta siempre se encuentra entre los carriles de la fuente de alimentación, por lo que no es necesario utilizar disposiciones "especiales" para derivar las tensiones de accionamiento.
En el circuito 1 el accionamiento de la puerta debe estar por encima del carril de 400V para obtener suficiente Vgs para encender el MOSFET.
En el circuito 4 la tensión de la puerta debe estar por debajo de tierra.
Para conseguir estos voltajes se suelen utilizar circuitos de "arranque" que suelen utilizar una "bomba" de condensadores de diodos para dar el voltaje extra.
Una disposición común es utilizar 4 x N Channel en un puente.
Los 2 x FETs del lado bajo tienen un accionamiento de puerta habitual - digamos 0/12 V, y los 2 FETS del lado alto necesitan (aquí) sav 412V para suministrar +12V a los FETS del lado alto cuando el FET se enciende. Esto no es técnicamente difícil, pero es más que hacer, más para ir mal y debe ser diseñado. El suministro de arranque es a menudo impulsado por las señales de conmutación PWM por lo que hay una frecuencia más baja en la que todavía se obtiene la unidad de puerta superior. Apague la CA y el voltaje de arranque comienza a decaer bajo la fuga. De nuevo, no es difícil, pero es bueno evitarlo.
El uso de 4 x N canales es "bonito" ya que
todos están emparejados,
La Rdson suele ser más baja para el mismo $ que el canal P.
¡¡¡NOTA!!! Si los paquetes están aislados de la lengüeta o utilizan un montaje aislado, todos pueden ir juntos en el mismo disipador - ¡¡¡PERO tenga el debido cuidado!!!
En este caso
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Los 2 inferiores tienen
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conmutó 400V en los desagües y
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las fuentes están conectadas a tierra,
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las puertas están a 0/12V digamos.
mientras que
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los 2 superiores tienen
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permanente de 400V en los desagües y
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conmutado 400V en las fuentes y
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400/412 V en las puertas.
Diodo del cuerpo: Todos los FETS que se encuentran habitualmente* tienen un diodo de cuerpo "intrínseco" o "parásito" con polarización inversa entre el drenaje y la fuente. En funcionamiento normal, esto no afecta al funcionamiento previsto. Si el FET funciona en el 2º cuadrante (por ejemplo, para el canal N Vds = -ve, Vgs = +ve) [[pedantería: llámelo 3º si quiere :-) ]], el diodo de cuerpo conducirá cuando el FET se apague cuando Vds sea -ve. Hay situaciones en las que esto es útil y deseado, pero no son las que se encuentran comúnmente en, por ejemplo, los puentes de 4 FET.
*El cuerpo del diodo se forma debido a que el sustrato sobre el que se forman las capas del dispositivo es conductor. Los dispositivos con un sustrato aislante (como el Silicio sobre Saphire), no tienen este diodo de cuerpo intrínseco, pero suelen ser muy caros y especializados).