Verständnis einer "idealen" Diode aus einem p-Kanal-MOSFET und PNP-Transistoren

Die Raspberry Pi B + Modelle verfügen über eine Schutzschaltung zwischen dem USB-Anschluss und dem 5-V-Netz auf der Platine. Sie empfehlen, einen Pi-HAT mit einer ähnlichen Schutzschaltung auszustatten, bevor der Pi über den GPIO-Header zusammen mit einer mehrpoligen Sicherung rückgespeist wird. Ich verstehe, warum dies die Empfehlung ist, aber ich würde gerne mehr darüber erfahren, wie diese Schaltung funktioniert.

Bevor ich diese Frage gestellt habe, habe ich einige Nachforschungen angestellt und Informationen zur Verwendung eines MOSFET als Niederspannungs-Drop-Diode gefunden, aber bei allen war das Gate ohne die beiden PNPs und die Widerstände direkt mit Masse verbunden. Was machen sie für diese Strecke? Wird dazu hauptsächlich die Body-Diode verwendet? In welchem ​​Fall enthält das Datenblatt die relevanten Informationen, die DMG2305UX für diese Anwendung qualifizieren? In den anderen Schaltkreisen, die ich fand, schienen niedrige Rdson- und Vgsth-Werte, die mit dem Schaltkreis kompatibel waren, den relevanten Eigenschaften zu entsprechen.

Die Idee der Transistoren ist, dass:

• Wenn die linke Seite niedrig und die rechte Seite hoch ist, spannt R2 (und der linke Transistor ein wenig) die Basis der rechten Transistorbasis negativ vor, wodurch das Gate auf die rechte Spannung gedrückt werden kann. Das Schließen des FET-Kanals und der Body-Diode wird ebenfalls blockieren.
• Wenn der rechte Transistor niedrig und der linke hoch ist, arbeitet der be-Übergang des linken Transistors als Diode und zieht die Basis des rechten Transistors hoch genug, um zu schließen, so dass R3 das Gate niedrig ziehen und den Transistor öffnen kann. Anfänglich wird die rechte Seite von der Body-Diode gespeist, aber ziemlich schnell wird der niedrige Widerstand des Kanals die Kontrolle übernehmen und einen sehr geringen Abfall verursachen.

Der linke Transistor wirkt also als angepasste Diode für den rechten Transistor. Die genauen Komponentenwerte hängen möglicherweise ein wenig vom gewählten, übereinstimmenden MOSFET- und PNP-Paar ab. Ähnliche Tricks gibt es auch auf andere Weise, aber dies ist die bekannteste.

Wenn Sie das Gate des MOSFET direkt mit Masse verbinden, gehen Sie wie folgt vor:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Sie erstellen effektiv eine permanente Verbindung mit möglicherweise angepasstem Startverhalten. In der Regel wird dieses Anlaufverhalten durch Kondensatoren und / oder Widerstände im Gate-Pfad verstärkt.

Denn wenn die linke Seite hoch ist und die rechte nicht, wird die rechte Seite durch die Body-Diode angehoben, und die Source wird höher als das Gate, wodurch der FET eingeschaltet wird. Wenn das Recht hoch geht, steigt die Source relativ zum Gate sofort an und der FET schaltet wieder ein. Nicht viel für Diodenaktionen.

In beiden Fällen suchen Sie normalerweise einen FET mit einem sehr niedrigen Einschaltwiderstand, der mindestens 10 bis 20 Prozent unter der Mindestbetriebsspannung liegt. Wenn Sie es also mit 3,3 V verwenden, möchten Sie einen FET, der bei etwa 2,5 V voll eingeschaltet ist, was wahrscheinlich einen Schwellenwert von 1,2 V oder weniger bedeutet, aber das hängt von den Datenblättern ab.