Sto usando un driver MOSFET ( TC4427A ), che può caricare una capacità di gate di 1 nF in circa 30 ns.
Il doppio MOSFET N-ch che sto utilizzando (Si4946EY) ha una carica di gate di 30 nC (max) per feto. Per ora ne sto prendendo in considerazione uno solo perché entrambi sul dado sono identici. Sto guidando il cancello a 5V. (È un livello logico fet.)
Questo significa che posso applicare Q = CV per calcolare la capacità? C = 30nC / 5V = 6nF. Quindi il mio driver può attivare completamente il gate in circa 180 ns.
La mia logica è corretta?
La resistenza del gate del MOSFET è specificata al massimo. di 3,6 ohm. Ciò avrà effetto sui calcoli di cui sopra? Il driver ha una resistenza di 9 ohm.
Cè qualche differenza significativa per quando il gate è scarico invece che carico? (spegnendo il fet.)
Come domanda secondaria, durante i 180ns il fet non è completamente acceso. Quindi Rds (non abbastanza ON) è piuttosto alto. Come posso calcolare quanta dissipazione di potenza si verificherà durante questo periodo?
Commenti
- Sembra che il tempo di commutazione sarà limitato dal ritardo e tempo di commutazione del chip driver. Cè poca differenza tra accensione e spegnimento, lo stadio di uscita del chip driver è un totem pole driver. Puoi accelerare il tempo di spegnimento con un diodo. 30-40 ns è un tempo molto breve 🙂 Se sei preoccupato per la dissipazione di potenza, devi calcolare la frequenza con cui cambierai.
- @morten: lOP sta parlando di guidare un FET – Pensavo che laccelerazione del diodo si applicasse solo alla guida di un BJT?
- La taglia verrà assegnata alla prima risposta che risponde a tutte le mie domande – tempo di accensione, effetto del cancello & resistenza del driver, simmetria scarica / carica e Rds (non abbastanza ON)
Risposta
Come dice endolith, devi guardare le condizioni per i parametri. i 30nC sono un valore massimo per \ $ V_ {GS} \ $ = 10V. Il grafico a pagina 3 del foglio dati indica tipicamente 10nC @ 5V, quindi C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Un altro grafico sempre a pagina 3 fornisce un valore di 1nF per \ $ C_ {ISS} \ $. La discrepanza è perché la capacità non è costante (ecco perché danno un valore di carica).
La resistenza al cancello avrà davvero uninfluenza. La costante di tempo del gate sarà (9 \ $ \ Omega \ $ + 3.6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ times \ $ 2nF = 25ns, invece di 9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18ns.
In teoria ci sarà una leggera differenza tra laccensione e lo spegnimento, perché quando si spegne si parte da una temperatura più alta. Ma se il tempo tra accensione e spegnimento è piccolo (molto margine qui, si parla circa decine di secondi) la temperatura è costante e la caratteristica sarà più o meno simmetrica.
Riguardo alla tua domanda secondaria. Di solito non è data nei fogli dati, perché la corrente dipenderà da \ $ V_ { GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ e la temperatura e i grafici a 4 dimensioni non funzionano bene in due dimensioni. Lunica soluzione è misurarla. Un modo è registrare \ $ I_D \ $ e \ $ V_ {DS} \ $ grafici tra off e on e, moltiplica entrambi e integra. Questa transizione normalmente avverrà velocemente, quindi probabilmente potrai misurare solo su pochi punti, ma questo dovrebbe darti una buona approssimazione. Fare la transizione più lentamente produrrà più punti, ma la temperatura sarà diversa e quindi il risultato sarà meno preciso.
Risposta
Fare riferimento a questa nota dellapp Fairchild sulla commutazione dei MOSFET , questa nota di Infineon sulla figura di merito , questa nota IR e la mia esperienza:
\ $ Q_g \ $ quantifica il gate charge totale, che è composto da alcuni elementi concentrati:
- \ $ Q_ {gs} \ $ (gate-to -source)
- \ $ Q_ {gd} \ $ (gate-to-drain)
In termini di calcolo della quantità di potenza dissipata accendendo il MOSFET, è possibile utilizzare la relazione Q = CV per calcolare la capacità effettiva del gate. Il produttore spesso pubblica questa cifra anche come \ $ C_ {iss} \ $.
La nota IR riassume abbastanza bene la perdita di commutazione. Durante lintervallo \ $ Q_ {gs} \ $, il MOSFET inizia a condurre (\ $ I_D \ $ aumenta e \ $ V_ {DS} \ $ rimane alto). Durante lintervallo \ $ Q_ {gd} \ $, il MOSFET si satura (\ $ V_ {DS} \ $ cade). Il modo migliore per vedere la perdita è, come suggerito in precedenza, misurare \ $ V_ {DS} \ $ e \ $ I_D \ $. Questo articolo EETimes descrive come calcolare matematicamente la perdita di commutazione per una varietà di condizioni, su cui non approfondirò qui.
Il MOSFET la resistenza del gate viene aggiunta con qualsiasi resistenza esterna necessaria per determinare la corrente di carica. Nel tuo caso, poiché stai caricando solo a 5V, non massimizzerai la capacità attuale del tuo driver.
Scaricare il cancello è relativamente identico a caricarlo, in quanto le soglie rimangono le stesse. Se la soglia di accensione è 4 V e carichi a 5 V, puoi immaginare che ci sarà una piccola asimmetria nel tempo di accensione rispetto al tempo di spegnimento poiché stai scaricando solo 1 V per ottenere lo spegnimento rispetto a 4V per ottenere laccensione.
Come per il commento precedente, è abbastanza comune vedere reti di resistori e diodi nei circuiti di pilotaggio MOSFET per adattare le correnti di carica di accensione e spegnimento.
Risposta
La specifica nella scheda tecnica dice V GS = 10 V, quindi no. sarebbe C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Ma questo è un massimo assoluto.
Invece di un singolo valore di capacità, specificano la capacità come un grafico a pagina 3. I significati di c iss c rss e c oss sono forniti in questo documento figura 5. Penso che ti interessi di più di c iss , che è circa 900 pF secondo il grafico.
Commenti
- – 1 utilizzando Ciss, Crss, Coss per determinare il gate capa la citazione per determinare così le perdite di commutazione non è corretta. Ciss, Crss, Coss è la capacità di ingresso / uscita del segnale piccolo
- @Naib: in che modo è diversa la capacità del segnale grande e dove ne troveresti una specifica?
- Bene Ciss, Crss, Coss viene eseguito con un Vgs = 0V a circa 1MHz … Qgate e quindi Cgate non devono mai essere calcolati dai valori di capacità di ingresso IGBT o MOSFET, questi sono semplicemente del 1 ° ordine circa della curva di carica intorno allorigine. La curva di carica di gate dei dispositivi di commutazione è altamente non lineare (fig5) Quel periodo piatto è il miller plateu e appare come un condensatore inf. La prima sezione lineare della curva di carica è da fare con la ricarica del Gate-source, il periodo piatto sta contrastando il condensatore del Miller (Gate-drain).
- @JonRB cosa useresti quindi per ottenere una stima di la capacità di ingresso? Sembra che Ciss sarebbe solo una stima valida per Vgs da 0 fino a poco prima di raggiungere la tensione di plateau. E perché ci viene dato Ciss se possiamo invece usare il gate charge per ottenere unapprossimazione molto più vicina?
Answer
dissipazione di potenza durante laccensione e lo spegnimento
Potresti pensare che il transistor più caldo durante quelle transizioni ha qualcosa a che fare con le tensioni interne, le correnti e le capacità del transistor.
In pratica, finché si accende o si spegne un interruttore sufficientemente rapidamente, i dettagli interni dellinterruttore sono irrilevante. Se si estrae completamente linterruttore dal circuito, le altre cose nel circuito hanno inevitabilmente una certa capacità parassita C tra i due nodi che linterruttore accende e spegne. Quando inserisci un interruttore di qualsiasi tipo in quel circuito, con linterruttore spento, quella capacità si carica fino a una certa tensione V, immagazzinando CV ^ 2/2 watt di energia.
Indipendentemente dal tipo di interruttore ovvero, quando si accende linterruttore, tutti i CV ^ 2/2 watt di energia vengono dissipati in quellinterruttore. (Se cambia molto lentamente, allora forse anche più energia viene dissipata in quellinterruttore).
Per calcolare lenergia dissipata nel tuo interruttore mosfet, trova la capacità esterna totale C a cui è collegato (probabilmente per lo più parassita ) e la tensione V a cui si caricano i terminali dellinterruttore appena prima che linterruttore si accenda. Lenergia dissipata in qualsiasi tipo di interruttore è
- E_turn_on = CV / 2
ad ogni accensione.
Lenergia dissipato nelle resistenze che guidano il cancello è il tuo FET
- E_gate = Q_g V
dove
- V = il cancello oscillazione di tensione (dalla descrizione, è 5 V)
- Q_g = la quantità di carica che si spinge attraverso il pin del gate per accendere o spegnere il transistor (dal foglio dati FET, si tratta di 10 nC a 5 V)
La stessa energia E_gate viene dissipata durante laccensione e di nuovo durante lo spegnimento.
Parte di quellenergia E_gate viene dissipata nel transistor e parte di essa viene dissipata nel chip del driver FET – Di solito uso unanalisi pessimistica che assume tutta quellenergia viene dissipata nel transistor, e anche tutta quellenergia viene dissipata nel driver FET.
Se linterruttore si spegne sufficientemente rapidamente, lenergia dissipata durante lo spegnimento è tipicamente insignificante rispetto allenergia dissipata durante laccensione. È possibile inserire un limite per il caso peggiore (per carichi altamente induttivi) di
- E_turn_off = IVt (caso peggiore)
dove
- I è la corrente attraverso linterruttore appena prima dello spegnimento,
- V è la tensione attraverso linterruttore subito dopo lo spegnimento e
- t è il tempo di commutazione dallinizio alla fine.
Quindi la potenza dissipata nel fet è
- P = P_switching + P_on
dove
- P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
- switching_frequency è il numero di volte al secondo in cui si ciclano linterruttore
- P_on = IRd = il potenza dissipata mentre linterruttore è acceso
- I è la corrente media quando linterruttore è acceso,
- R è la resistenza di stato on del FET e
- d è la frazione del tempo in cui linterruttore è acceso (utilizzare d = 0,999 per le stime del caso peggiore).
Molti bridge H sfruttano il diodo body (solitamente indesiderato) come un diodo flyback per catturare la corrente flyback induttiva. Se lo fai (invece di usare diodi di cattura Schottky esterni) dovrai anche aggiungere la potenza dissipata in quel diodo.