Capacité de grille par rapport à la charge de grille dans les FET à n canaux, et comment calculer la dissipation de puissance pendant la charge / décharge de la porte

Comme endolith dit que vous devez regarder les conditions pour les paramètres. les 30nC sont une valeur maximale pour \ $ V_ {GS} \ $ = 10V. Le graphique de la page 3 de la fiche technique indique généralement 10nC @ 5V, puis C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Un autre graphique également à la page 3 donne une valeur de 1nF pour \ $ C_ {ISS} \ $. Lécart est dû au fait que la capacité nest pas constante (cest pourquoi ils donnent une valeur de charge).

La résistance de porte aura en effet une influence. La constante de temps de la porte sera (9 \ $ \ Omega \ $ + 3,6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ times \ $ 2nF = 25ns, au lieu de 9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18ns.

En théorie, il y aura une légère différence entre lallumage et lextinction, car lors de la coupure, vous partez dune température plus élevée. Mais si le temps entre marche et arrêt est petit (beaucoup de marge ici, on parle environ des dizaines de secondes) la température est constante, et la caractéristique sera plus ou moins symétrique.

À propos de votre question secondaire. Ceci nest généralement pas indiqué dans les fiches techniques, car le courant dépendra de \ $ V_ { GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ et la température, et les graphiques à 4 dimensions ne fonctionnent pas bien en deux dimensions. La seule solution est de le mesurer. Une façon est denregistrer \ $ I_D \ $ et \ $ V_ {DS} \ $ graphes entre off et on et, multipliez les deux et intégrez. Cette transition se produira normalement rapidement, donc vous ne pourrez probablement mesurer que sur quelques points, mais cela devrait vous donner une bonne approximation. Faire la transition plus lentement donnera plus de points, mais la température sera différente et, par conséquent, le résultat sera moins précis.

Référence cette note dapplication Fairchild sur le changement MOSFET , cette note dInfineon sur la figure du mérite , cette note IR et la mienne expérience:

\ $ Q_g \ $ quantifie la charge totale de la porte, qui est composée de certains éléments regroupés:

• \ $ Q_ {gs} \ $ (porte-à -source)
• \ $ Q_ {gd} \ $ (gate-to-drain)

En termes de calcul de la puissance dissipée en allumant le MOSFET, vous pouvez utiliser la relation Q = CV pour déterminer la capacité de grille effective. Le fabricant publie aussi souvent ce chiffre comme \ $ C_ {iss} \ $.

La note IR résume assez bien la perte de commutation. Pendant lintervalle \ $ Q_ {gs} \ $, le MOSFET commence à conduire (\ $ I_D \ $ augmente et \ $ V_ {DS} \ $ reste élevé). Pendant lintervalle \ $ Q_ {gd} \ $, le MOSFET est saturé (\ $ V_ {DS} \ $ tombe). La meilleure façon de voir la perte est, comme cela a été suggéré précédemment, de mesurer \ $ V_ {DS} \ $ et \ $ I_D \ $. Cet article EETimes décrit comment calculer mathématiquement la perte de commutation pour une variété de conditions, sur lesquelles je ne développerai pas ici.

Le MOSFET la résistance de grille est ajoutée avec la résistance externe dont vous disposez pour déterminer le courant de charge. Dans votre cas, puisque vous ne chargez que sur 5V, vous ne maximiserez pas la capacité actuelle de votre pilote.

Décharger le portail est relativement identique à le charger, dans la mesure où les seuils restent les mêmes. Si le seuil dallumage est de 4V et que vous chargez à 5V, vous pouvez imaginer quil y aura une petite asymétrie dans le temps dallumage par rapport au temps darrêt puisque vous ne déchargez que 1V pour éteindre contre 4V pour lallumer.

Comme indiqué précédemment, il est assez courant de voir des réseaux de résistances et de diodes dans les circuits de commande MOSFET pour adapter les courants de charge dactivation et de désactivation.

La spécification de la fiche technique indique V _GS = 10 V, donc non. serait C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Mais cest un maximum absolu.

Au lieu dune seule valeur de capacité, ils spécifient la capacité sous forme de graphique à la page 3. Les significations de c _iss c _rss et c _oss sont donnés dans ce document figure 5. Je pense que vous vous souciez le plus de c _iss , qui est denviron 900 pF selon le graphique.

Commentaires

• – 1 en utilisant Ciss, Crss, Coss pour déterminer le capa de la porte citance pour déterminer ainsi les pertes de commutation est incorrecte. Ciss, Crss, Coss est la petite capacité dentrée / sortie du signal
• @Naib: En quoi la grande capacité du signal est-elle différente et où en trouveriez-vous une spécification?
• Eh bien Ciss, Crss, Coss se fait avec un Vgs = 0V à environ 1MHz … Qgate et donc Cgate ne doit jamais être calculé à partir des chiffres de capacité dentrée IGBT ou MOSFET, ce sont simplement du 1er ordre environ de la courbe de charge autour de lorigine. La courbe de charge de grille des dispositifs de commutation est hautement non linéaire (fig5) Cette période plate est le plateau de miller et apparaît comme un condensateur inf. La 1ère section linéaire de la courbe de charge consiste à charger la Gate-source, la période plate contre le condensateur de meunier (Gate-drain).
• @JonRB que feriez-vous alors pour obtenir une estimation de la capacité dentrée? Il semble que Ciss ne serait quune estimation valide pour Vgs de 0 jusquà juste avant datteindre la tension de plateau. Et pourquoi nous donne-t-on Ciss si nous pouvons à la place utiliser les frais de porte pour obtenir une approximation beaucoup plus proche?

dissipation de puissance lors de la mise sous et hors tension

Vous pourriez penser que le transistor est plus chaud pendant ces transitions a quelque chose à voir avec les tensions et courants internes et les capacités du transistor.

En pratique, tant que vous allumez ou éteignez un interrupteur suffisamment rapidement, les détails internes de linterrupteur sont hors du sujet. Si vous retirez complètement le commutateur du circuit, les autres éléments du circuit ont inévitablement une capacité parasite C entre les deux nœuds que le commutateur active et désactive. Lorsque vous insérez un interrupteur de nimporte quel type dans ce circuit, avec linterrupteur éteint, cette capacité se charge jusquà une certaine tension V, stockant CV ^ 2/2 watts dénergie.

Quel que soit le type dinterrupteur il cest-à-dire que lorsque vous activez linterrupteur, tous les CV ^ 2/2 watts dénergie sont dissipés dans cet interrupteur. (Sil bascule très lentement, alors peut-être que plus dénergie est dissipée dans ce commutateur).

Pour calculer lénergie dissipée dans votre commutateur mosfet, trouvez la capacité externe totale C à laquelle il est attaché (probablement principalement parasite ) et la tension V à laquelle les bornes du commutateur se chargent juste avant que le commutateur ne se mette en marche. Lénergie dissipée dans tout type dinterrupteur est

• E_turn_on = CV / 2

à chaque allumage.

Lénergie dissipée dans les résistances entraînant la porte votre FET est

• E_gate = Q_g V

où

• V = la porte oscillation de tension (daprès votre description, cest 5 V)
• Q_g = la quantité de charge que vous poussez à travers la broche de la porte pour activer ou désactiver le transistor (daprès la fiche technique FET, il sagit de 10 nC à 5 V)

La même énergie E_gate est dissipée lors de la mise sous tension, et à nouveau lors de la mise hors tension.

Une partie de cette énergie E_gate est dissipée dans le transistor, et une partie est dissipée dans la puce du pilote FET – jutilise généralement une analyse pessimiste qui suppose la totalité de cette énergie est dissipée dans le transistor, et aussi toute cette énergie est dissipée dans le pilote FET.

Si votre interrupteur séteint suffisamment rapidement, lénergie dissipée lors de la désactivation est généralement insignifiant par rapport à lénergie dissipée lors de lallumage. Vous pouvez placer une borne du pire des cas (pour les charges hautement inductives) de

• E_turn_off = IVt (pire des cas)

où

• I est le courant traversant linterrupteur juste avant la mise hors tension,
• V est la tension aux bornes de linterrupteur juste après larrêt, et
• t est le temps de commutation de haut en bas.

Alors la puissance dissipée dans le foet est

• P = P_switching + P_on

où

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switch_frequency
• switch_frequency est le nombre de fois par seconde que vous activez le commutateur
• P_on = IRd = the puissance dissipée lorsque le commutateur est activé
• I est le courant moyen lorsque le commutateur est activé,
• R est la résistance à létat passant du FET, et
• d est la fraction du temps pendant lequel linterrupteur est activé (utilisez d = 0,999 pour les estimations les plus défavorables).

De nombreux ponts H profitent de la diode de corps (généralement indésirable) comme une diode de retour pour capter le courant de retour inductif. Si vous faites cela (plutôt que dutiliser des diodes de capture Schottky externes), vous devrez également ajouter la puissance dissipée dans cette diode.