Capacitate poartă vs. încărcare poartă în n-ch FET-uri și cum se calculează disiparea puterii în timpul încărcării / descărcării porții

Precum endolith spune că trebuie să te uiți la condițiile pentru parametri. 30nC sunt o valoare maximă pentru \ $ V_ {GS} \ $ = 10V. Graficul de la pagina 3 a fișei tehnice spune de obicei 10nC @ 5V, apoi C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Un alt grafic, de asemenea, la pagina 3 oferă o valoare de 1nF pentru \ $ C_ {ISS} \ $. Discrepanța se datorează faptului că capacitatea nu este constantă (de aceea dau o valoare de încărcare).

Rezistența la poartă va avea într-adevăr o influență. Constanta de timp a porții va fi (9 \ $ \ Omega \ $ + 3.6 \ $ \ Omega \ $) \ $ \ times \ $ 2nF = 25ns, în loc de 9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18ns.

În teorie, va exista o ușoară diferență între pornire și oprire, deoarece la oprire pornești de la o temperatură mai ridicată. Dar dacă timpul dintre pornire și oprire este mic (marjă mare aici, vorbim aproximativ zeci de secunde) temperatura este constantă, iar caracteristica va fi mai mult sau mai puțin simetrică.

Despre întrebarea dvs. laterală. Acest lucru nu este de obicei dat în fișele tehnice, deoarece curentul va depinde de \ $ V_ { GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ și temperatura și graficele în 4 dimensiuni nu funcționează bine în două dimensiuni. Singura soluție este măsurarea acestuia. O modalitate este de a înregistra \ $ I_D \ $ și \ $ V_ {DS} \ $ grafice între off și on și, înmulțiți-le și integrați. Această tranziție se va întâmpla în mod rapid, așa că probabil veți putea măsura doar câteva puncte, dar asta ar trebui să vă ofere o aproximare bună. Efectuarea tranziției mai încet va produce mai multe puncte, dar temperatura va fi diferită și, prin urmare, rezultatul va fi mai puțin precis.

Referință această notă a aplicației Fairchild despre comutarea MOSFET , această notă Infineon privind cifra de merit , această notă IR și a mea experiență:

\ $ Q_g \ $ cuantifică taxa totală a porții, care este alcătuită din câteva elemente forfetare:

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

În ceea ce privește calcularea cantității de energie disipată pornind MOSFET, puteți utiliza relația Q = CV pentru a afla capacitatea efectivă a porții. De multe ori, producătorul publică această cifră ca \ $ C_ {iss} \ $.

Nota IR rezumă destul de frumos pierderile de comutare. În timpul intervalului \ $ Q_ {gs} \ $, MOSFET începe să conducă (\ $ I_D \ $ crește și \ $ V_ {DS} \ $ rămâne ridicat). În intervalul \ $ Q_ {gd} \ $, MOSFET-ul se satură (\ $ V_ {DS} \ $ cade). Cel mai bun mod de a vedea pierderea este, așa cum sa sugerat anterior, să măsurați \ $ V_ {DS} \ $ și \ $ I_D \ $. Acest articol EETimes descrie cum se calculează matematic pierderea de comutare pentru o varietate de condiții, pe care nu le voi detalia aici.

MOSFET rezistența porții este adăugată cu orice rezistență externă aveți pentru a determina curentul de încărcare. În cazul dvs., deoarece încărcați doar la 5V, nu veți maximiza capacitatea actuală a șoferului.

Descărcarea porții este relativ identică cu încărcarea acesteia, în măsura în care pragurile rămân aceleași. Dacă treptul de pornire este de 4V și încărcați la 5V, vă puteți imagina că va exista o mică asimetrie în timpul de pornire față de timpul de oprire, deoarece descărcați doar 1V pentru a opri vs. 4V pentru a porni.

Conform comentariului anterior, este destul de obișnuit să vezi rețele de rezistențe și diode în circuitele de acționare MOSFET pentru a adapta curenții de încărcare de pornire și oprire.

Specificația din foaia tehnică spune V _GS = 10 V, deci nu. ar fi C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Dar acesta este un maxim absolut.

În loc de o singură valoare a capacității, ele specifică capacitatea ca un grafic la pagina 3. Sensurile lui c _iss c _rss și c _oss sunt prezentate în acest document figura 5. Cred că îți pasă cel mai mult de c _iss , care este de aproximativ 900 pF conform graficului.

Comentarii

• – 1 folosind Ciss, Crss, Coss pentru a determina capacul porții pentru a determina astfel pierderile de comutare este incorectă. Ciss, Crss, Coss este capacitatea mică de intrare / ieșire a semnalului
• @Naib: Cum diferă capacitatea de semnal mare și unde ați găsi o specificație a acesteia?
• Ei bine, Ciss, Crss, Coss se face cu un Vgs = 0V la aproximativ 1 MHz … Qgate și astfel Cgate nu trebuie calculat niciodată din cifrele de capacitate de intrare IGBT sau MOSFET, acestea sunt doar ordinul 1 aprox din curba de încărcare în jurul originii. Curba de încărcare a porții dispozitivelor de comutare este foarte neliniară (fig5) Această perioadă plană este placa de frezat și apare ca un condensator inf. Prima secțiune liniară a curgei de încărcare este tot cu încărcarea sursei Gate, perioada plană contracarează condensatorul de frezare (Gate-drain).
• @JonRB ce ați folosi apoi pentru a obține o estimare a capacitatea de intrare? Se pare că Ciss ar fi doar o estimare validă pentru Vgs de la 0 până chiar înainte de a atinge tensiunea platoului. Și de ce ni se dă Ciss dacă putem folosi taxa de poartă pentru a obține o aproximare mult mai apropiată?

disiparea puterii în timpul pornirii și opririi

S-ar putea să credeți că tranzistorul devine mai fierbinte în timpul acelor tranziții are ceva de-a face cu tensiunile și curenții interni și capacitățile tranzistorului.

În practică, atâta timp cât porniți sau opriți întrerupătorul suficient de repede, detaliile interne ale comutatorului sunt irelevant. Dacă trageți întrerupătorul complet din circuit, celelalte lucruri din circuit au inevitabil o capacitate parazitară C între cele două noduri pe care comutatorul îl pornește și se oprește. Când introduceți un comutator de orice fel în acel circuit, cu comutatorul oprit, capacitatea respectivă se încarcă până la o anumită tensiune V, stocând CV ^ 2/2 wați de energie.

Nu contează ce fel de comutator este este, atunci când porniți comutatorul, toate CV ^ 2/2 wați de energie sunt disipate în acel comutator. (Dacă comută foarte încet, atunci poate că și mai multă energie este disipată în acel comutator).

Pentru a calcula energia disipată în comutatorul dvs. Mosfet, găsiți capacitatea externă totală C la care este atașat (probabil în cea mai mare parte parazită) ) și tensiunea V pe care terminalele comutatorului o încarcă până la pornirea comutatorului. Energia disipată în orice fel de comutator este

• E_turn_on = CV / 2

la fiecare pornire.

Energia risipit în rezistențele care conduc poarta FET-ul tău este

• E_gate = Q_g V

unde

• V = poarta schimbare de tensiune (din descrierea dvs., este „s 5 V)
• Q_g = cantitatea de încărcare pe care o împingeți prin știftul porții pentru a porni sau opri tranzistorul (din foaia de date FET, este vorba despre 10 nC la 5 V)

Aceeași energie E_gate este disipată în timpul pornirii și din nou în timpul opririi.

O parte din acea energie E_gate este disipată în tranzistor, iar o parte din aceasta este disipată în cipul driverului FET – De obicei folosesc o analiză pesimistă care presupune toată acea energie este disipată în tranzistor și, de asemenea, toată acea energie este disipată în driverul FET.

Dacă comutatorul se oprește suficient de rapid, energia disipată în timpul opririi este de obicei nesemnificativ în comparație cu energia disipată în timpul pornirii. Puteți plasa cel mai rău caz (pentru sarcini extrem de inductive) de

• E_turn_off = IVt (cel mai rău caz)

unde

• I este curentul prin comutator chiar înainte de oprire,
• V este tensiunea de pe comutator imediat după oprire și
• t este timpul de comutare de la înainte la oprit.

Apoi puterea disipată în fet este

• P = P_switching + P_on

unde

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency este numărul de ori pe secundă pe care îl ciclați comutatorul
• P_on = IRd = the puterea disipată în timp ce comutatorul este pornit
• I este curentul mediu când comutatorul este pornit,
• R este rezistența la starea FET și
• d este fracțiunea din timpul în care comutatorul este pornit (folosiți d = 0,999 pentru estimările cele mai nefavorabile).

Multe punți H profită de dioda corpului (de obicei nedorită) ca o diodă flyback pentru a prinde curentul inductiv flyback. Dacă faceți acest lucru (mai degrabă decât să utilizați diode de captare externe Schottky), va trebui să adăugați și puterea disipată în dioda respectivă.