Faz Farkı

3.3V-5V seviyesi ile 12V-24V Yüklerin Aç/Kapa Kontrol Edilmesi

Bazı uygulamalarda 12V, 24V veya daha yüksek gerilimlerle sürülmesi gereken yüklerimiz oluyor. Bu yükleri mikrodenetleyicimizden verdiğimiz çıkışlarla transistörler yardımıyla aç/kapa yapabiliyoruz. Bir yükün toprağa çekilmesi gerekiyorsa akla hemen NMOS veya NPN tipi bjt transistörler gelmelidir, bir yükün yüksek bir gerilime çekilmesi gerekiyorsa akla PMOS veya PNP tipi bjt transistörler gelmelidir. Bu, transisötrlerin yapısı gereği böyledir ve günümüz dijital devrelerinin temel yapı taşı olan CMOS inverter da bu durum görülmektedir. Bir PNP veya N tipi mosfetle bir yükü yüksek gerlime çekmek isterseniz çıkış geriliminiz arttıkça Vgs yi veya Vbe yi düşürme etkisi yapacağından enerji aktarılamayacaktır(özel yöntemler kullanılarak aktarılabilir, burada bilgi var). Bir PMOS veya PNP tipi bjt transistörle bunu yapmak istediğimizde ise çıkış gerilimi transistörümüzün açık/kapalı durumunu etkilemez.  Aşağıda, başlıkta bahsettiğimiz kontrol için örnek bir devre vardır.

Bu devreyi yorumlayacak olursak: Kullandığımız IRF9520 PMOS un 24V u yüke vermesi için (katalog verilerine göre)  Vgs değerinin -4V veya daha düşük olması gerekiyor(Not: Vgs bozulma değeri +-20V verilmiş). Vs 24V sabit olduğundan Vg değerinin 20V veya daha düşük olması gerekiyor.
R1 direnci PMOS u kapalı(yük OFF) durumda tutabilmek için Vg değerini 24V(Vgs=0) a çekme amaçlı kullanılmıştır. NPN BJT(kısaca NPN) miz aşağı akım çekmediğinde gate den de içeri akım akmayacağından Vg gerilimi 24V ta kalır ve yüke enerji verilmez.
PMOS u açmak istediğimizde Vg değerini 20V veya daha aşağı çekmemiz gerekir. Aşağı(toprağa) çekmek dendiğinide aklımıza NMOS veya NPN tipi gelir, burada NPN kullanıldı.  Eğer batarya voltajımız 20V dan daha düşük olsaydı R2 yi kullanmaksızın base e 3.3V veya 5V vererek Vg yi direkt toprağa çekebilirdik ancak bizim durumda Vgs yaklaşık -24V olacağından PMOS a zarar verebiliriz. R2 yi bağladığımızda, collector toprağa çekildiğinde Vg nin 12V civarı dolayısıyla Vgs nin de -12V civarında kalmasını sağlayarak PMOS u güvenle açabiliriz.

Burada gösterilen anahtarlama işlemi NMOS kullanılarak da yapılabilirdi ancak bu sefer NMOS u yük ile toprak arasına bağlamamız gerekirdi. 24/12V besleme yüke bağlanır, NMOS ise yükün diğer ucu ile toprak arasına bağlanır. Kullandığımız NMOS un Vgs(th) değerine göre direkt 0/5V ile anahtarlama yapabiliriz, örneğin IRF630 NMOS un Vgs(th) si 4V dolayısıyla aşağıdaki gibi anahtarlama yapabiliriz:

İlk örneğimiz(PMOS lu) highside  switching ikinci örneğimiz(NMOS lu) ise low side switching olarak adlandırılıyor, birisinde yükün besleme tarafını diğerinde toprak tarafını anahtarlıyoruz. Uygulamaya göre seçim yapmak gerekir.