Kapacitní odpor brány vs. nabíjení brány v n-ch FET a jak vypočítat ztrátový výkon během nabíjení / vybíjení brány

Stejně jako říká endolith, musíte se podívat na podmínky parametrů. 30nC je maximální hodnota pro \ $ V_ {GS} \ $ = 10V. Graf na straně 3 datového listu říká, že obvykle 10nC @ 5V, pak C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Další graf také na stránce 3 udává hodnotu 1nF pro \ $ C_ {ISS} \ $. Rozdíl je v tom, že kapacita není konstantní (proto dávají hodnotu náboje).

Odpor brány bude mít skutečně vliv. Časová konstanta brány bude (9 \ $ \ Omega \ $ + 3.6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ times \ $ 2nF = 25ns, namísto 9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18ns.

Teoreticky bude malý rozdíl mezi zapínáním a vypínáním, protože při vypínání začínáte od vyšší teploty. Pokud je ale doba mezi zapnutím a vypnutím malá (zde je velká rezerva asi desítky sekund) je teplota konstantní a charakteristika bude víceméně symetrická.

O vaší vedlejší otázce. To se v technických listech obvykle neuvádí, protože aktuální bude záviset na \ $ V_ { GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ a teplota a 4-dimenzionální grafy nefungují dobře ve dvou dimenzích. Jediným řešením je měřit to. Jedním ze způsobů je zaznamenat \ $ I_D \ $ a \ $ V_ {DS} \ $ grafy mezi vypnutím a zapnutím a násobením a integrací. K tomuto přechodu obvykle dojde rychle, takže pravděpodobně budete moci měřit pouze na několik bodů, ale to by vám mělo poskytnout dobrou aproximaci. Pomalejší přechod přinese více bodů, ale teplota se bude lišit, a proto bude výsledek méně přesný.

Odkaz na tuto poznámku aplikace Fairchild k přepínání MOSFET , tato poznámka Infineon o hodnotě zásluh , tato poznámka IR a moje vlastní zkušenost:

\ $ Q_g \ $ vyčísluje celkovou částku brány, která se skládá z některých soustředěných prvků:

• \ $ Q_ {gs} \ $ (brána do -source)
• \ $ Q_ {gd} \ $ (gate-to-drain)

Pokud jde o výpočet, kolik energie se rozptýlí zapnutím MOSFET, můžete použít vztah Q = CV k určení efektivní kapacity hradla. Výrobce tento údaj často také zveřejňuje jako \ $ C_ {iss} \ $.

IR poznámka celkem pěkně shrnuje ztrátu při přepínání. Během intervalu \ $ Q_ {gs} \ $ začne MOSFET dirigovat (\ $ I_D \ $ rampuje a \ $ V_ {DS} \ $ zůstává vysoký). Během intervalu \ $ Q_ {gd} \ $ je MOSFET nasycen (\ $ V_ {DS} \ $ klesá). Nejlepší způsob, jak zjistit ztrátu, je měřit \ $ V_ {DS} \ $ a \ $ I_D \ $, jak již bylo dříve navrženo. Tento článek o EETimes popisuje, jak matematicky vypočítat ztrátu při přepnutí pro různé podmínky, které zde nebudu podrobněji popisovat.

MOSFET odpor brány je přidán s jakýmkoli externím odporem, který musíte určit nabíjecí proud. Ve vašem případě, protože nabíjíte pouze 5 V, nebudete maximálně využívat aktuální kapacitu vašeho ovladače.

Vybíjení brány je relativně stejné jako její nabíjení, pokud prahové hodnoty zůstávají stejné. Pokud je zapnutá výdrž 4 V a nabíjíte na 5 V, můžete si představit, že v době zapnutí vs. době vypnutí bude nějaká malá asymetrie, protože vybíjením pouze 1 V získáte vypnutí proti 4V pro zapnutí.

Podle dřívějšího komentáře je zcela běžné vidět sítě odporů a diod v obvodech pohonu MOSFET pro přizpůsobení nabíjecích proudů zapnutí a vypnutí.

Specifikace v datovém listu říká V _GS = 10 V, takže ne. by C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Ale toto je absolutní maximum.

Místo jediné hodnoty kapacity specifikují kapacitu jako graf na stránce 3. Významy c _iss c _rss a c _oss jsou uvedeny v tomto dokumentu, obrázek 5. Myslím, že vám nejvíce záleží na c _iss , což je podle tabulky asi 900 pF.

Komentáře

• – 1 pomocí Ciss, Crss, Coss k určení capa brány citace takto určit spínací ztráty je nesprávná. Ciss, Crss, Coss je malá vstupní / výstupní kapacita signálu
• @Naib: Jak se liší velká kapacita signálu a kde byste ji našli?
• No, Ciss, Crss, Coss se provádí s Vgs = 0V kolem 1MHz … Qgate, a proto se Cgate nikdy nesmí počítat z hodnot vstupní kapacity IGBT nebo MOSFET, jedná se pouze o první řád přibližně křivky hradla kolem počátku. Křivka nabíjení hradla spínacích zařízení je vysoce nelineární (obr. 5). Tato plochá doba je miller plateu a jeví se jako inf kondenzátor. První lineární část nabíjecího proudu je todo s nabíjením zdroje Gate, plochá perioda čelí mlynářskému kondenzátoru (Gate-drain).
• @JonRB, co byste pak použili k získání odhadu vstupní kapacita? Zdá se, že Ciss by byl platný odhad pro Vgs od 0 do těsně před zasažením plató napětí. A proč dostáváme Ciss, když můžeme místo toho použít náboj brány k získání mnohem bližší aproximace?

ztrátový výkon během zapínání a vypínání

Možná si myslíte, že tranzistor získává žhavější během těchto přechodů má něco společného s vnitřním napětím a proudy a kapacitami tranzistoru.

V praxi platí, že pokud zapnete nebo vypnete vypínač dostatečně rychle, jsou vnitřní podrobnosti spínače irelevantní. Pokud spínač zcela vytáhnete z obvodu, ostatní prvky v obvodu nevyhnutelně mají parazitní kapacitu C mezi dvěma uzly, které spínač zapíná a vypíná. Když do tohoto obvodu vložíte spínač jakéhokoli druhu, při vypnutém stavu se tato kapacita nabije až na určité napětí V a uloží energii CV ^ 2/2 wattů.

Nezáleží na tom, jaký druh spínače je to, že když zapnete spínač, všechny CV ^ 2/2 watty energie se rozptýlí v tomto spínači. (Pokud se přepíná opravdu pomalu, pak se v tomto přepínači rozptýlí možná ještě více energie.)

Chcete-li vypočítat energii rozptýlenou ve vašem přepínači mosfet, najděte celkovou externí kapacitu C, ke které je připojena (pravděpodobně většinou ) a napětí V, které svorky spínače nabíjejí až těsně před zapnutím spínače. Energie rozptýlená v jakémkoli druhu přepínače je

• E_turn_on = CV / 2

při každém zapnutí.

Energie rozptýleny v odporech pohánějících bránu je váš FET

• E_gate = Q_g V

kde

• V = brána napěťový výkyv (z vašeho popisu je to 5 V)
• Q_g = množství náboje, který protáhnete kolíkem brány pro zapnutí nebo vypnutí tranzistoru (z datového listu FET jde o 10 nC při 5 V)

Stejná energie E_gate se rozptýlí během zapnutí a znovu během vypnutí.

Část této energie E_gate se rozptýlí v tranzistoru a část z ní se rozptýlí v čipu ovladače FET – obvykle používám pesimistickou analýzu, která předpokládá veškerou tu energii se rozptýlí v tranzistoru a také veškerá tato energie se rozptýlí v ovladači FET.

Pokud se váš vypínač vypne dostatečně rychle, energie rozptýlená během vypnutí je obvykle nevýznamné ve srovnání s energií rozptýlenou během zapnutí. Mohli byste umístit nejhorší případ (pro vysoce indukční zátěže) z

• E_turn_off = IVt (nejhorší případ)

kde

• I je proud ve spínači těsně před vypnutím,
• V je napětí ve spínači těsně po vypnutí a
• t je čas sepnutí od zapnuto do vypnuto.

Pak síla rozptýlená v plodu je

• P = P_switching + P_on

kde

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency je počet cyklů přepínání za sekundu
• P_on = IRd = the rozptýlený výkon při zapnutém spínači
• I je průměrný proud při zapnutém spínači,
• R je odpor FET v zapnutém stavu a
• d je zlomek času, kdy je spínač zapnutý (pro nejhorší případy použijte d = 0,999).

Mnoho H můstků využívá (obvykle nechtěnou) diodu těla jako zpětná dioda pro zachycení indukčního zpětného proudu. Pokud to uděláte (namísto použití externích schottkyho diod), musíte také přidat výkon rozptýlený v této diodě.