Käytän MOSFET-ohjainta ( TC4427A ), joka voi ladata 1nF-portin kapasitanssin noin 30ns.
Käytettävällä kaksois N-ch MOSFET -laitteella (Si4946EY) on porttivaraus 30 nC (enintään) fetkiä kohti. Harkitsen vain yhtä toistaiseksi, koska molemmat kärjet ovat identtisiä. Aion portille 5V: iin. (Se on logiikkatason fet.)
Tarkoittaako tämä sitä, että voin käyttää Q = CV: tä kapasitanssin selvittämiseen? C = 30 nC / 5 V = 6 nF. Joten kuljettajani voi käynnistää portin kokonaan noin 180 sekunnissa.
Onko logiikkani oikea?
MOSFETin portin vastus on määritetty enimmäisarvoksi. 3,6 ohmia. Onko tällä mitään vaikutusta yllä oleviin laskelmiin? Kuljettajan vastus on 9 ohmia.
Onko mitään merkittävää eroa, kun portti puretaan lataamisen sijaan? (sammuttaa fetin.)
Sivukysymyksenä on, että 180ns: n aikana fetetti ei ole täysin päällä. Joten Rds (ei-aivan-ON) on melko korkea. Kuinka voin laskea kuinka paljon tehohäviötä tapahtuu tänä aikana?
Kommentit
- Näyttää siltä, että viive ja rajoitat kytkentäaikaa kuljettajan sirun kytkentäaika. Päälle ja pois päältä on vähän eroa, ohjainpiirin lähtöaste on toteemipaaluohjain. Voit nopeuttaa sammutusaikaa diodilla. 30-40 ns on hyvin lyhyt aika 🙂 Jos olet huolissasi virran häviämisestä, sinun on selvitettävä, kuinka usein vaihdat.
- @morten: OP puhuu ajon ajamisesta FET – Luulin, että diodin nopeuttaminen koskee vain BJT: n ajamista?
- Palkkio myönnetään ensimmäiselle vastaukselle, joka vastaa kaikkiin kysymyksiini – käynnistysaika, portin vaikutus & kuljettajan vastus, purkaus / lataussymmetria ja Rds (ei-aivan-ON)
vastaus
Kuten endolith sanoo, sinun on tarkasteltava parametrien ehtoja. 30nC ovat \ $ V_ {GS} \ $ = 10V: n enimmäisarvo. Datalehden sivulla 3 olevan kaavion mukaan tyypillisesti 10nC @ 5V, sitten C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Toinen kaavio, joka on myös sivulla 3, antaa arvon 1nF arvolle \ $ C_ {ISS} \ $. Ero johtuu siitä, että kapasitanssi ei ole vakio (siksi ne antavat varauksen arvon).
Portin vastuksella on todellakin vaikutus. Portin aikavakio on (9 \ $ \ Omega \ $ + 3,6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ kertaa \ $ 2nF = 25ns 9 \ $ \ Omega \ kertaa \ $ 2nF = 18ns: n sijaan.
Teoriassa käynnistämisen ja sammuttamisen välillä on pieni ero, koska sammutettaessa aloitat korkeammasta lämpötilasta. Mutta jos aika päälle ja pois päältä on pieni (paljon marginaalia täällä, puhumme noin kymmeniä sekunteja) lämpötila on vakio, ja ominaisuus on enemmän tai vähemmän symmetrinen.
Tietoja sivukysymyksestäsi. Tätä ei yleensä anneta taulukoissa, koska virta riippuu \ $ V_ { GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ ja lämpötila sekä 4-ulotteiset kuvaajat eivät toimi hyvin kahdessa ulottuvuudessa. Ainoa ratkaisu on mitata se. Yksi tapa on tallentaa \ $ I_D \ $ ja \ $ V_ {DS} \ $ -kaaviot pois päältä ja päälle sekä, kerro molemmat ja integroi. Tämä muutos tapahtuu yleensä nopeasti, joten luultavasti pystyt mittaamaan vain muutaman pisteen, mutta sen pitäisi antaa sinulle hyvä arvio. Siirtyminen hitaammin tuottaa enemmän pisteitä, mutta lämpötila on erilainen, joten tulos on vähemmän tarkka.
Vastaa
Viitataan tähän Fairchild-sovelluksen huomautukseen MOSFET-kytkennästä , tämä Infineon-huomautus ansaintaluvusta , tämä infrapunahuomautus ja oma kokemus:
\ $ Q_g \ $ määrittelee portin kokonaislatauksen, joka koostuu joistakin elementeistä:
- \ $ Q_ {gs} \ $ (gate-to -lähde)
- \ $ Q_ {gd} \ $ (gate-to-drain)
MOSFETin kytkeminen päälle, kun lasketaan, kuinka paljon tehoa on haihdutettu, voit käyttää Q = CV-suhdetta selvittääksesi tehokkaan portin kapasitanssin. Valmistaja julkaisee tämän luvun usein myös nimellä \ $ C_ {iss} \ $.
IR-huomautus tiivistää kytkentähäviön melko hienosti. \ $ Q_ {gs} \ $ -välin aikana MOSFET alkaa suorittaa (\ $ I_D \ $ nousee ylös ja \ $ V_ {DS} \ $ pysyy korkealla). \ $ Q_ {gd} \ $ -välin aikana MOSFET kyllästyy (\ $ V_ {DS} \ $ putoaa). Paras tapa nähdä menetys on, kuten aiemmin ehdotettiin, mitata \ $ V_ {DS} \ $ ja \ $ I_D \ $. Tässä EETimes-artikkelissa kuvataan, kuinka lasketaan matemaattisesti kytkentähäviö useille olosuhteille, mistä en kerro tässä.
MOSFET portin vastus lisätään kaikilla ulkoisilla vastuksilla, jotka sinulla on latausvirran määrittämiseksi. Sinun tapauksessa, koska lataat vain 5 voltin jännitteeseen, et maksimoi kuljettajasi nykyistä kykyä.
Portin purkaminen on suhteellisen identtistä sen lataamisen kanssa, sikäli kuin kynnysarvot pysyvät samoina. Jos päälle kytketty jännite on 4 V ja lataat 5 V: iin, voit kuvitella, että kytkentä- ja sammutusajalla on pieni epäsymmetria, koska lataat vain 1 V: n saadaksesi virran vs. 4V, jotta virta kytketään päälle.
Aikaisemman kommentin mukaisesti on melko yleistä nähdä vastusten ja diodien verkot MOSFET-käyttöpiireissä käynnistys- ja sammutuslatausvirtausten räätälöimiseksi.
vastaus
Datalehden teknisen tiedon mukaan V GS = 10 V, joten ei. olisi C = 30 nC / 10 V = 3 nF.Mutta tämä on absoluuttinen maksimiarvo.
Yhden kapasitanssiarvon sijasta ne kuvaavat kapasitanssia kaaviona sivulla 3. C: n merkitykset iss c rss ja c oss annetaan tämän asiakirjan kuvassa 5. Luulen, että välität eniten c iss ista, joka on taulukon mukaan noin 900 pF.
Kommentit
- – 1 käyttämällä Ciss, Crss, Coss portin kapan määrittämiseen tällöin kytkentähäviöiden määrittämiseksi on väärä. Ciss, Crss, Coss on pieni signaalin sisääntulo- / lähtökapasitanssi
- @Naib: Kuinka suuri signaalin kapasitanssi eroaa ja mistä löytäisit sen?
- No Ciss, Crss, Coss tehdään Vgs = 0V: lla noin 1 MHz: n taajuudella … Qgate, joten Cgate-arvoa ei saa koskaan laskea IGBT- tai MOSFET-sisääntulokapasitanssiluvuista, nämä ovat vain ensimmäisen asteen arvoja alkuperäisen ympärillä olevasta gatecharge-käyrästä. Kytkinlaitteiden hila-latauskäyrä on erittäin epälineaarinen (kuvio 5). Latauskäyrän ensimmäinen lineaarinen osa on täysin sama kuin Gate-lähteen lataaminen, tasainen jakso on vastapainona jyrsinkondensaattorille (Gate-drain).
- @JonRB mitä käytettäisit sitten saadaksesi arvion syöttökapasitanssi? Näyttää siltä, että Ciss olisi vain kelvollinen arvio Vgs: lle 0: sta juuri ennen tasangon jännitteen lyömistä. Ja miksi meille annetaan Ciss, jos voimme sen sijaan käyttää porttimaksua saadaksesi paljon lähemmäksi likiarvoa?
Vastaa
virrankatkaisu päälle ja pois päältä
Saatat ajatella, että transistori saa kuumemmalla näiden siirtymien aikana on jotain tekemistä transistorin sisäisten jännitteiden, virtojen ja kapasitanssien kanssa.
Käytännössä niin kauan kuin kytket virran päälle tai pois päältä riittävän nopeasti, kytkimen sisäiset yksityiskohdat merkityksetön. Jos vedät kytkimen kokonaan ulos piiristä, piirin muilla tavaroilla on väistämättä parasiittikapasitanssi C kahden solmun välillä, jotka kytkin kytkee päälle ja pois päältä. Kun asetat minkäänlaisen kytkimen virtapiiriin kytkimen ollessa pois päältä, kapasitanssi latautuu jossakin jännitteessä V, varastoimalla CV ^ 2/2 wattia energiaa.
Ei väliä minkälainen kytkin se on on, kun kytket virran päälle, kaikki CV ^ 2/2 watin energia haihtuu kyseiseen kytkimeen. (Jos se kytkeytyy todella hitaasti, silloin kenties vielä enemmän energiaa haihtuu kyseiseen kytkimeen.) ) ja jännite V, jonka kytkimen liittimet lataavat juuri ennen kytkimen käynnistymistä. Kaikissa kytkimissä haihtuva energia on
- E_turn_on = CV / 2
jokaisen käynnistyksen yhteydessä.
Energia hajaantunut portin ohjaavissa vastuksissa FET on
- E_gate = Q_g V
missä
- V = portti jännitteen heilahdus (kuvauksestasi se on 5 V)
- Q_g = latauksen määrä, jonka painat portin tapin kautta transistorin kytkemiseksi päälle tai pois päältä (FET-tietolomakkeesta se on noin 10 nC 5 V: n jännitteellä)
Sama E_gate-energia haihtuu päälle kytkettäessä ja uudelleen sammutettaessa.
Osa tästä E_gate-energiasta haihtuu transistoriin ja osa FET-ohjainpiiriin – käytän yleensä pessimististä analyysia, jossa oletetaan kaikki tämä energia haihtuu transistorissa, ja myös kaikki energia haihtuu FET-ohjaimessa.
Jos kytkimesi sammuu riittävän nopeasti, sammutuksen aikana haihtunut energia on yleensä merkityksetön verrattuna päälle kytkettyyn energiaan. Voit sijoittaa pahimman tapauksen (erittäin induktiivisille kuormille)
- E_turn_off = IVt (huonoin tapaus)
mihin
- I on virta kytkimen läpi juuri ennen sammuttamista,
- V on jännite kytkimen yli heti sammuttamisen jälkeen ja
- t on kytkentäaika pois päältä.
Sitten fetissä haihtunut voima on
- P = P_switching + P_on
missä
- P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
- switching_frequency on kertojen lukumäärä sekunnissa, jolloin kierrät kytkintä
- P_on = IRd = the teho häviää kytkimen ollessa päällä
- I on keskimääräinen virta kytkimen ollessa päällä
- R on FET: n tilavastus ja
- d on murto-osa ajastimesta, jolloin kytkin on päällä (käytä d = 0,999 pahimmassa tapauksessa).
Monet H-sillat hyödyntävät (yleensä ei-toivottua) kehodiodia paluudiodi induktiivisen paluuvirran saamiseksi. Jos teet niin (ulkoisten Schottky-saalisdiodien käyttämisen sijaan), sinun on lisättävä myös diodiin hajaantunut teho.