Duda de simulación con diodo Zener y MOSFET

Tengo el siguiente circuito en el que estoy tratando de realizar simulaciones.

Herramienta de simulación utilizada - Falstad Simulator

Diodo Zener de 12V

MOSFET superior

MOSFET inferior

Pregunta 1 :

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El diodo Zener tiene una clasificación de 12 V.

Quiero simular una corriente de 12A a través de ambos MOSFET

Entonces, para mi voltaje de entrada de 16 V, calculé mi resistencia en 1,33 ohmios para obtener una corriente de 12 A. Pero cuando ambos MOSFET están encendidos, mi corriente de drenaje a través de ellos es solo de 91 mA. ¿Alguien puede decirme cuál es el problema y por qué no obtengo una corriente de drenaje de 12A? E intenté cambiar el parámetro Rds(on) MOSFET en la herramienta, pero no pude encontrarlo ni cambiarlo.

Próxima pregunta :

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Cuando aplico un voltaje negativo de -14 V a la puerta del MOSFET inferior como se muestra a continuación, obtengo un voltaje en el cátodo Zener de 2,195 y un voltaje entre los nodos del MOSFET de 2,7 V con 6,4 mA de corriente.

¿Alguien puede decirme cómo está apareciendo este 2.195V y 2.7V? Solo quiero entender el comportamiento del circuito en estas condiciones. Por favor ayuda.

¿Puede alguien ayudarme con la comprensión del circuito durante estas condiciones?
1- modelo de simulación incorrecto. 2 - El MOSFET superior (T1) está encendido y el inferior (T2) también podría estar encendido o estar a punto de encenderse. Debido a que el diodo Zener tiene polarización directa (0,6 V), el voltaje en la fuente T1 (drenaje T2) es de 5 V - Vgs = 2,7 V. Y el voltaje en la puerta T2 es 2.7V -0.6V = 2.1V. Entonces, este voltaje en la puerta T2 podría encender T2.
@ G36, gracias por el análisis. No puedo entender por qué lo hizo: "5V-Vgs = 2.7V". Además, me gustaría entender qué está mal con el modelo de simulación en (1). Por favor, explíqueme cómo llegó a 5V-Vgs = 2.7V y cómo se llega también al voltaje de 2.7V en la simulación. Por favor ayuda en términos simples. He estado atrapado en este lugar durante mucho tiempo.
Muéstranos el enlace a la simulación.
@G36, use el enlace anterior que he usado para la simulación
Por lo que puedo ver, establece Vgs (th) = 1.5V y beta = 20m. Pero a partir de la hoja de datos assets.nexperia.com/documents/data-sheet/BUK7Y3R5-40E.pdf podemos ver que (fig. 6) beta = 0.5* 25A/(5V - 1.5V)^2 = 1 Así que deberías ser generoso (hacer un buen cambio) y establecer el valor beta = 20.
Para la situación dos (Vin -14V) tenemos esta situación 5V - Vgs1 - Vd - Vgs2 = 0, por lo tanto, si los MOSFET son idénticos (Vgs1 = Vgs2) y suponemos que Vd = 0.6V, tenemos Vgs = (5V - 0.6V )/2 = 2,2 V y el voltaje en el drenaje T2 es Vgs + Vd = 2,2 V + 0,6 V = 2,8 V
¿Me puede explicar el propósito del MOSFET superior y el diodo Zener? ¿Y qué hacen estas resistencias (82k, 18k) en el drenaje superior del MOSFET?
El MOSFET superior es impulsado por una señal de habilitación de la MCU y las resistencias actúan como un divisor de resistencia y este voltaje de salida se alimenta al pin ADC del microcontrolador. El diodo Zener debe mantener el voltaje a un máximo de 12 V si el valor excede más de 12 V. El rango de voltaje en la puerta del MOSFET inferior es 9-16V. Y dado que es un terminal de batería, también se aplica voltaje inverso. El voltaje inverso es -14V
@G36, gracias. Pero realmente no entiendo el voltaje que ha calculado. ¿Podría dibujar un bucle y ayudar con el KVL y llegar a ese voltaje, por favor? ¿Podría consolidar sus comentarios en una respuesta para el beneficio de todos?
@G36, ¿podría explicar los voltajes con la ayuda de KVL y brindar una respuesta para el beneficio de todos?

Respuestas (1)

1- De su simulación , puedo ver que decidió usar un parámetro MOSFET incorrecto.

V T = 1.5 V y β = 20 metro A / V 2

Y esto, por ejemplo, nos dará la corriente de drenaje para V GRAMO S = 4.5 V igual a:

I D = β 2 ( V GRAMO S − V T ) 2 = 90 mamá

Por lo tanto, debe aumentar la β valor.

Podemos calcular el necesario β valor usando esta ecuación aproximada (MOSFET en la región Triode)

β = 1 R D S ( O norte ) ( V GRAMO S − V T )

por ejemplo para V T = 1.5 V , V GRAMO S = 10 V , R D S ( O norte ) = 30 metro Ω

β = 1 R D S ( O norte ) ( V GRAMO S − V T ) = 1 30 metro Ω ( 10 V − 1.5 V ) ≈ 4 A / V 2

Por lo tanto, para arreglar su simulación, necesita aumentar el β valor.

Cuando aplico un voltaje negativo de -14 V a la puerta del MOSFET inferior como se muestra a continuación, obtengo un voltaje en el cátodo Zener de 2,195 y un voltaje entre los nodos del MOSFET de 2,7 V con 6,4 mA de corriente.

¿Alguien puede decirme cómo está apareciendo este 2.195V y 2.7V? Solo quiero entender el comportamiento del circuito en estas condiciones. Por favor ayuda.

Hmm... extraño circuito.

El MOSFET superior estará ENCENDIDO porque la puerta del MOSFET superior está en + 5 V . Entonces, la corriente continuará fluyendo a través del diodo Zener con polarización directa hacia la resistencia de puerta MOSFET inferior. Y si el voltaje de umbral del MOSFET es bajo (como en su caso), el MOSFET inferior también estará ENCENDIDO.

Podemos aplicar KVL aquí y ver qué obtenemos:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

V GRAMO = V GRAMO S 1 + V D + V GRAMO S 2

Y en su simulación, tenemos MOSFET perfectamente combinados (Id1 = Id2 ignorando la corriente del diodo, por lo tanto, Vgs1 = Vgs2)

V GRAMO S = V GRAMO − V D 2 = 5 V − 0.6 V 2 = 2.2 V

Y el voltaje en el T 2 el drenaje será V D 2 = V GRAMO S + V D = 2.8 V

I D 2 = β 2 ( V GRAMO S − V T ) 2 = 20 metro 2 ( 2.2 V − 1.5 V ) 2 = 4.9 mamá

I D 1 = I D 2 + I D Z = 4.9 mamá + 2.2 V + 14 V 10 k Ω = 6.5 mamá

Y debo decir que este circuito no me gusta nada.

¿Por qué el diodo Zener está conectado entre la puerta y el drenaje de un MOSFET inferior?

Gracias por la respuesta detallada. El diodo Zener se puede conectar entre la puerta y el drenaje, ¿verdad? Por ejemplo, si el MOSFET inferior está encendido, el diodo Zener está solo entre el suministro y la tierra. Es por eso
Pero, ¿por qué quiere "proteger" la puerta y los terminales de drenaje?
Quiero protegerlos porque las clasificaciones máximas absolutas de puerta a fuente de voltaje del MOSFET son 20V. Entonces, lo estoy protegiendo con un diodo zener para que el voltaje máximo de la puerta a la fuente de voltaje del MOSFET no exceda el voltaje de ruptura Zener que no es más de 12V
Duda de simulación con diodo Zener y MOSFET
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