Zrozumienie „idealnej” diody wykonanej z tranzystorów MOSFET i PNP w kanale p

Modele Raspberry Pi B + mają obwód ochronny między złączem USB a siecią 5V na płycie. Zaleca się nałożenie podobnego zabezpieczenia na Pi HAT przed „zasileniem wstecznym” pi przez jego nagłówek GPIO wraz z polyfuse. Rozumiem, dlaczego jest to zalecenie, ale chciałbym dowiedzieć się więcej o tym, jak działa ten obwód.

Zanim opublikowałem to pytanie, szukałem informacji i znalazłem informacje na temat używania MOSFET-a jako diody o niskim spadku napięcia, ale wszystkie miały bramę podłączoną bezpośrednio do ziemi bez pary PNP i rezystorów. Co oni robią dla tego obwodu? Czy to przede wszystkim przy użyciu diody ciała? W takim przypadku, jakie są odpowiednie informacje w arkuszu danych, które kwalifikują DMG2305UX dla tej aplikacji? W innych obwodach, które znalazłem, wydawało się, że niskie Rdson i Vgsth kompatybilne z obwodem wydają się mieć odpowiednie cechy.

Idea tranzystorów polega na tym, że:

• Jeśli lewy jest niski, a prawy wysoki R2 (i lewy tranzystor trochę) będzie ujemnie obciążać podstawę prawej podstawy tranzystora, pozwalając mu popchnąć bramę do odpowiedniego napięcia; zamknięcie kanału FET i dioda ciała również się zablokują.
• Jeśli prawy jest niski, a lewy jest wysoki, złącze lewego tranzystora będzie działać jak dioda i pociągnie podstawę prawego tranzystora wystarczająco wysoko, aby się zamknąć, pozwalając R3 pociągnąć bramę nisko, otwierając tranzystor. Początkowo prawa strona zacznie być zasilana przez diodę ciała, ale dość szybko przejęta zostanie niska rezystancja kanału, powodując bardzo niski spadek.

Tak więc lewy tranzystor działa jak dopasowana dioda dla prawego tranzystora. Dokładne wartości składników mogą nieco zależeć od wybranej pary MOSFET i PNP. Podobne triki są dostępne na inne sposoby, ale jest to najbardziej znana.

Jeśli przywiążesz bramę MOSFET bezpośrednio do ziemi, w ten sposób:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Skutecznie tworzysz zawsze dostępny link, z możliwymi poprawionymi zachowaniami podczas uruchamiania. Zwykle to zachowanie przy rozruchu jest wzmacniane za pomocą kondensatorów i / lub rezystorów na ścieżce bramki.

Ponieważ jeśli lewe jest wysokie, a prawe nie, prawe zostanie podniesione przez diodę ciała, wówczas źródło stanie się wyższe niż brama, powodując włączenie FET. Jeśli prawo idzie wysoko, źródło natychmiast podnosi się względem bramki i ponownie włącza się FET. Niewiele dla działania diody.

W obu przypadkach zwykle szuka się tranzystora polowego, który ma bardzo niską rezystancję włączenia co najmniej 10 do 20 procent poniżej minimalnego napięcia roboczego. Więc jeśli używasz go na 3,3 V, potrzebujesz FET, który jest w pełni włączony przy około 2,5 V, co prawdopodobnie oznacza 1,2 V lub mniej wartości progowej, ale to zależy od arkuszy danych.