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Sep 30, 2023

하이사이드 스위치 학습 및 구축

전자 공학자로서 나는 정신적으로 회로를 모아 두었습니다.

전자 엔지니어로서 나는 기계공이 작업하면서 전문 도구를 수집하는 것과 마찬가지로 수년에 걸쳐 정신적으로 수집한 회로 컬렉션을 보유하고 있습니다. 모든 엔지니어는 이 작업을 수행하며 도구 상자의 도구는 일반적으로 프로젝트 내역과 범위를 나타냅니다.

디자이너의 도구 상자에 포함되어 있는 유용한 회로는 "하이사이드 스위치"입니다. 들리는 것처럼 이는 "하이사이드" 또는 양의 전압을 부하로 전환하는 회로입니다.

우리는 일반적으로 Open Collector 출력과 같은 출력에서 ​​볼 수 있듯이 사물을 접지로 전환하는 경향이 있습니다. 그 이유는 접지가 일반적으로 알려진 엔터티이고 일반적으로 임피던스가 낮으며 알려진 전압에 있기 때문입니다. 그러나 회로에 하이사이드 스위치를 사용하면 이점이 있습니다.

높은 쪽을 전환하면 낮은 쪽보다 더 많은 미지수를 처리합니다. 입력 전압, 필요한 출력 전압 및 소스 전압의 임피던스는 거의 모두 가변적입니다. 또한 대부분의 경우 낮은 임피던스 출력을 제공해야 합니다. 즉, 하이 측 스위치 자체의 저항이 스위치 전체에서 상당한 전압이 떨어지는 부하와 함께 전압 분배기를 형성하지 않는다는 의미입니다.

예를 들어 릴레이를 사용하여 하이사이드 스위치를 만들 수 있는데, 이 작업이 여전히 수행되는 경우도 있습니다. 일반적으로 전류 사용량, 전류 용량, 코일 전압, 비용 및 크기의 속성은 서로 상충됩니다.

표준 트랜지스터를 사용한다면 일종의 전압 강하를 감수해야 한다는 것은 당연합니다. 이는 일반적으로 이 과정에서 0.3V가 손실되기 때문에 5V 소스에서 5V 출력을 얻을 수 없다는 것을 의미합니다. 고전류에서는 전력 소모도 빠르게 감당할 수 없게 됩니다.

전계 효과 트랜지스터(FET)를 사용하면 최고의 품질을 활용하여 스위치를 만들 수 있습니다. 어떤 FET를 사용할 것인지 범위를 좁히기 위해 일반적으로 꺼지고 제어 전압을 적용하여 켜야 하는 부품을 원한다고 말함으로써 시작할 수 있습니다. 즉, 향상 모드 FET가 필요하다는 의미입니다. 다음으로 전환하는 전압(사용 가능한 경우)보다 큰 전압을 사용하거나 전압보다 낮은 전압을 사용하여 장치를 제어할지 여부를 결정합니다. 예를 들어 5V를 켜려면 8V 이상을 사용하시겠습니까, 아니면 4V 이하를 사용하시겠습니까? 여기 예에서는 추가 전압 없이 하이사이드 스위치를 켜려고 합니다. 실제로 신호를 접지하는 것이 다소 매력적입니다. 따라서 P-Channel Enhancement FET를 선택하게 됩니다.

모든 부품의 특성은 광범위하고 다양할 수 있으므로 몇 가지 중요한 매개변수를 찾는 것부터 시작합니다. 선형 오디오 증폭기 애플리케이션과 달리 스위칭 애플리케이션에서는 낮은 드레인-소스 온 저항이 중요합니다. 소스 ON에 대한 저항 드레인 또는 RDS(ON)으로 알려진 이 매개변수와 사용 가능한 좋은 부품은 일반적으로 밀리옴 단위로 측정됩니다. 옴 법칙을 사용하면 1Amp의 전류에서 밀리옴의 전압 강하가 밀리볼트가 된다는 빠른 지름길을 알 수 있습니다.

다음으로 우리는 사용 가능한 전압으로 부품을 켤 수 있는지 확인하고 싶습니다. 이는 전압 게이트 - 소스 임계값 VGS(thresh) 사양과 동일합니다. -1V의 VGS(thresh)는 3.3V를 전환하려면 게이트를 3.3V 아래로 최소 1V 끌어야 함을 의미합니다. 트랜지스터나 오픈 컬렉터 장치를 사용하면 일반적으로 0.3-0.5V 내에서 신호를 끌어올 수 있습니다. 접지, 이 경우 VGS(thresh)가 1V 정도인 부품을 사용하여 2.5V를 전환할 수 있는 충분한 공간이 있습니다.

표에 표시된 여러 장치의 사양을 살펴보면 많은 상충 관계가 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 더 작은 TO-92 패키지를 선택하면 우리의 경우 RDS(ON) 값이 Ω 이상으로 커져 사용할 수 없게 됩니다. RDS(ON)이 너무 작아지면 가격이 4배가 됩니다. 다른 부품은 VGS(thresh)가 너무 크지만 현실적으로 여기에 표시된 프로젝트에 사용할 수 있는 부품을 찾는 것이 그리 어렵지 않았습니다.

덮개 아래를 엿보는 데 관심이 있는 사람들을 위해 TO-220과 같은 더 큰 케이스가 ON 저항이 더 낮은 이유는 케이스가 더 큰 칩 다이를 보유하고 있기 때문입니다. 더 큰 칩 다이는 더 적은 저항을 제공하는 더 큰 표면적을 갖습니다. P 채널 장치를 사용한다는 사실은 더 많은 표면적이 필요하다는 것을 의미합니다. P 채널 장치는 전자 대신 캐리어에 "홀"을 사용하기 때문에 일반적으로 N 채널 장치보다 효율성이 떨어지기 때문입니다. 가장 간단한 설명은 정공 이동도가 전자 이동도보다 낮다는 것입니다.