MOSFET illesztőprogramot használok ( TC4427A ), amely kb. 30ns alatt képes 1nF kapukapacitást tölteni.
Az általam használt kettős N-ch MOSFET (Si4946EY) kaputöltése fnenként 30nC (max). Egyelőre csak egyet fontolgatok, mivel a szerszám mindkét oldala azonos. 5V-ra hajtom a kaput. (Ez egy logikai szintű fet.)
Ez azt jelenti, hogy Q = CV-t alkalmazhatok a kapacitás meghatározásához? C = 30 nC / 5 V = 6 nF. Tehát az illesztőprogramom kb. 180 ms alatt képes teljesen bekapcsolni a kaput.
Helyes a logikám?
A MOSFET kapu ellenállását max. 3,6 ohm. Ez hatással lesz-e a fenti számításokra? A vezető 9 ohmos ellenállással rendelkezik.
Van-e jelentős különbség abban az esetben, amikor a kaput töltés helyett ürítik? (kikapcsolja a magzatot.)
Mellékkérdésként az 180ns alatt a fet nincs teljesen bekapcsolva. Tehát az Rds (nem egészen-ON) elég magas. Hogyan számolhatom ki, hogy mekkora energiaeloszlás lép fel ez idő alatt?
Megjegyzések
- Úgy tűnik, hogy kapcsolási idejét korlátozza a késés és a driver chip kapcsolási ideje. Kevés a különbség a be- és kikapcsolás között, a meghajtó chip kimeneti szakasza totem pólusú meghajtó. Diódával gyorsíthatja a kikapcsolási időt. A 30-40 ns nagyon rövid idő 🙂 Ha aggasztja az energiaeloszlás, akkor meg kell találnia, hogy milyen gyakran fog váltani.
- @morten: az OP a FET – Azt hittem, hogy a dióda felgyorsítása csak a BJT vezetésére vonatkozik?
- A jutalmat az első válasz kapja, amely minden kérdésemre válaszol – bekapcsolás ideje, a kapu hatása & vezető ellenállása, kisütés / töltés szimmetriája és Rds (nem egészen bekapcsolt)
Válasz
Mint az endolith azt mondja, meg kell nézni a paraméterek feltételeit. a 30nC a \ $ V_ {GS} \ $ = 10V maximális értéke. Az adatlap 3. oldalán található grafikon szerint általában 10nC @ 5V, majd C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Egy másik, a 3. oldalon található grafikon 1nF értéket ad meg a \ $ C_ {ISS} \ $ értékre. Az eltérés azért van, mert a kapacitás nem állandó (ezért adnak töltési értéket).
A kapu ellenállásának valóban lesz hatása. A kapu időállandója (9 \ $ \ Omega \ $ + 3,6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ szor \ $ 2nF = 25ns, 9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18ns helyett.
Elméletileg egy kis különbség lesz a be- és kikapcsolás között, mert a kikapcsoláskor magasabb hőmérsékletről indul. De ha a be- és kikapcsolás közötti idő kicsi (itt sok a tartalék, akkor beszélünk kb. tíz másodperc alatt) a hőmérséklet állandó, és a jellemző többé-kevésbé szimmetrikus lesz.
Az Ön mellékkérdéséről. Ezt általában nem adják meg az adatlapok, mert az áram függ a \ $ V_ { A GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ és a hőmérséklet, valamint a 4-dimenziós grafikonok nem működnek jól két dimenzióban. Az egyetlen megoldás az, ha megmérjük. Az egyik módszer a \ $ I_D \ $ és \ rögzítése. $ V_ {DS} \ $ grafikonok ki és be, és szorozd mindkettőt, és integráld. Ez az átmenet általában gyorsan fog megtörténni, így valószínűleg csak néhány pont felett mérhetsz, de ennek jó közelítést kell adnod. Az átmenet lassabb végrehajtása több pontot eredményez, de a hőmérséklet más lesz, ezért az eredmény kevésbé lesz pontos.
Válasz
Hivatkozás erre a Fairchild alkalmazásra vonatkozó megjegyzésre a MOSFET kapcsolásáról , ez az Infineon-megjegyzés az érdemjegyről , ez az IR-jegyzet és a sajátom tapasztalat:
\ $ Q_g \ $ számszerűsíti a teljes kaputöltést, amely egyes elemekből áll:
- \ $ Q_ {gs} \ $ (gate-to -forrás)
- \ $ Q_ {gd} \ $ (gate-to-drain)
A MOSFET bekapcsolásával kiszámíthatjuk, hogy mekkora energia eloszlik. a Q = CV összefüggést használhatja az effektív kapukapacitás kitalálására. A gyártó gyakran közzéteszi ezt a számot \ $ C_ {iss} \ $ néven is.
Az IR megjegyzés meglehetősen szépen összegzi a kapcsolási veszteséget. A \ $ Q_ {gs} \ $ intervallum alatt a MOSFET megkezdi a vezetést (\ $ I_D \ $ felfut, és \ $ V_ {DS} \ $ magas marad). A \ $ Q_ {gd} \ $ intervallum alatt a MOSFET telítődik (\ $ V_ {DS} \ $ esik). A veszteség megítélésének legjobb módja, amint azt korábban javasolták, a \ $ V_ {DS} \ $ és \ $ I_D \ $ mérése. Ez az EETimes cikk leírja, hogyan lehet matematikailag kiszámítani a kapcsolási veszteséget számos körülményhez, amelyet itt nem részletezek.
A MOSFET a kapu ellenállása hozzáadódik bármilyen külső ellenállással, amellyel meghatározhatja a töltőáramot. Az Ön esetében, mivel csak 5 V-ra töltődik, nem fogja maximalizálni az illesztőprogram jelenlegi képességét.
A kapu kisütése viszonylag azonos a töltéssel, amennyiben a küszöbértékek változatlanok maradnak. Ha a bekapcsolási feszültség 4V, és 5V-ra tölti, akkor elképzelheti, hogy a bekapcsolási idő és a kikapcsolási idő között kis aszimmetria lesz, mivel csak 1V-ot tölt le a kikapcsoláshoz vs. 4V a bekapcsolás érdekében.
A korábbi megjegyzésnek megfelelően meglehetősen gyakori, hogy a MOSFET meghajtó áramköreiben ellenállások és diódák hálózatait látják a be- és kikapcsolási töltési áramok testreszabására.
Válasz
Az adatlap specifikációja szerint V GS = 10 V, tehát nem. C = 30 nC / 10 V = 3 nF lenne. De ez egy abszolút maximum.
Egyetlen kapacitásérték helyett grafikonként adják meg a kapacitást a 3. oldalon. c
Megjegyzések
- – 1 Ciss, Crss, Coss segítségével határozzuk meg a kapu capát a kapcsolási veszteségek így történő meghatározása nem megfelelő. Ciss, Crss, Coss a kis jelbemeneti / kimeneti kapacitás
- @Naib: Miben különbözik a nagy jelkapacitás, és hol találná annak specifikációját?
- Nos Ciss, A Crss, Coss Vgs = 0V értékkel történik 1 MHz-es … Qgate körül, és ezért a Cgate-ot soha nem szabad kiszámítani az IGBT vagy a MOSFET bemeneti kapacitási számokból, ezek csupán az origó körüli kaputöltési görbe kb. A kapcsolóberendezések kapu töltési görbéje erősen nem lineáris (5. ábra). Ez a lapos periódus a molnárlemez, és inf kondenzátorként jelenik meg. A töltésgörbe első lineáris szakasza nem felel meg a Gate-forrás feltöltésének, a lapos periódus ellentétes a molnár kondenzátorral (Gate-drain).
- @JonRB mit használna akkor a becsléshez a bemeneti kapacitás? Úgy tűnik, hogy a Ciss csak érvényes becslés lenne a Vgs-re 0-tól egészen a platófeszültség elérése előtt. És miért kapjuk a Ciss-t, ha ehelyett a kaputöltést használhatjuk sokkal szorosabb közelítéshez?
Válasz
áramkimaradás be- és kikapcsoláskor
Azt gondolhatja, hogy a tranzisztor melegebb ezeknek az átmeneteknek, köze van a tranzisztor belső feszültségéhez, áramához és kapacitásához.
A gyakorlatban mindaddig, amíg a kapcsolót kellően gyorsan be- vagy kikapcsolja, a kapcsoló belső részletei irreleváns. Ha teljesen kihúzza a kapcsolót az áramkörből, az áramkör többi részének elkerülhetetlenül van némi C parazita kapacitása a két csomópont között, amelyet a kapcsoló be- és kikapcsol. Ha bármilyen kapcsolót helyez be az áramkörbe, kikapcsolt állapotban, akkor a kapacitás valamilyen V feszültségig feltöltődik, CV ^ 2/2 watt energiát tárol.
Nem számít, milyen kapcsolót a kapcsoló bekapcsolásakor az összes CV ^ 2/2 watt energia eloszlik abban a kapcsolóban. (Ha valóban lassan kapcsol, akkor talán még több energia jut el ebben a kapcsolóban).
A mosfet kapcsolón elárasztott energia kiszámításához keresse meg a teljes C külső kapacitást, amelyhez kapcsolódik (valószínűleg főleg parazita ), és az a V feszültség, amelyet a kapcsoló kapcsa közvetlenül a kapcsoló bekapcsolása előtt tölt fel. A bármilyen kapcsolónál eloszlott energia
- E_turn_on = CV / 2
minden bekapcsoláskor.
Az energia eloszlik a kaput meghajtó ellenállásokban, a FET
- E_gate = Q_g V
ahol
- V = a kapu feszültségingadozás (az Ön leírásából ez 5 V-os)
- Q_g = az a töltés mennyisége, amelyet a kapun keresztül csap át a tranzisztor be- vagy kikapcsolásához (a FET adatlapról kb. 10 nC 5 V-nál)
Ugyanaz az E_gate energia eloszlik a bekapcsoláskor, majd a kikapcsolás során is.
Az E_gate energia egy része eloszlik a tranzisztorban, egy része pedig a FET meghajtó chipben – általában pesszimista elemzést használok, amely az energia összes jét feltételezi eloszlik a tranzisztorban, és ennek az energiának az összes a FET-meghajtóban is eloszlik.
Ha kapcsolója elég gyorsan kikapcsol, a kikapcsolás során eloszlott energia általában jelentéktelen a bekapcsolás során elszórt energiához képest. Helyezhet egy legrosszabb esetet (erősen induktív terhelések esetén)
- E_turn_off = IVt (legrosszabb esetben)
hova
- I a kapcsolón átmenő áram közvetlenül a kikapcsolás előtt,
- V a kapcsoló feszültsége közvetlenül a kikapcsolás után, és
- t a kapcsolási idő innentől kezdve ki.
Ezután a fetben eloszlott energia
- P = P_switching + P_on
ahol
- P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * kapcsolási_frekvencia
- switching_frequency: a kapcsoló másodpercenkénti hányszor történő váltása
- P_on = IRd = a a kapcsoló bekapcsolt állapotában elvesztett teljesítmény
- I az átlagos áram, amikor a kapcsoló be van kapcsolva,
- R a FET állapotának ellenállása, és
- d a kapcsoló bekapcsolt idejének a töredéke (a legrosszabb esetek becsléséhez használja a d = 0,999 értéket.
Sok H híd kihasználja a (általában nem kívánt) testdióda előnyeit flyback dióda az induktív flyback áram felfogására. Ha ezt megteszi (ahelyett, hogy külső Schottky elkapó diódákat használna), akkor hozzá kell adnia az abban a diódában eloszlott energiát is.