N-ch FET'lerde kapı kapasitansı ve Gate yükü ve kapının şarj edilmesi / boşaltılması sırasında güç kaybının nasıl hesaplanacağı

Yaklaşık 30ns içinde 1nF kapı kapasitansı şarj edebilen bir MOSFET sürücüsü ( TC4427A ) kullanıyorum.

Kullandığım çift ​​N-ch MOSFET'in (Si4946EY) fet başına 30nC (maks.) Geçit ücreti vardır. Şimdilik sadece bir tanesini düşünüyorum, çünkü her ikisi de kalıpta aynı. 5V kapısını kullanıyorum. (Bu bir mantık seviyesi fet.)

Bu, kapasitansı çözmek için Q = CV uygulayabileceğim anlamına mı geliyor? C = 30nC / 5V = 6nF. Şoförüm kapıyı yaklaşık 180ns'de tamamen açabilir.

Mantığım doğru mu?

MOSFET'in kapı direnci maks. 3.6 ohm. Bunun yukarıdaki hesaplamalar üzerinde herhangi bir etkisi olacak mı? Sürücü 9 ohm dirence sahiptir.

Şarj edildiğinde kapının ne zaman boşaltıldığı konusunda önemli bir fark var mı? (cenin kapatılması.)

Bir yan soru olarak, 180'lerde fet tam olarak açık değil. Bu yüzden Rds (oldukça AÇIK değil) oldukça yüksektir. Bu süre zarfında ne kadar güç kaybı olacağını nasıl hesaplayabilirim?

Endolitin dediği gibi parametreler için koşullara bakmanız gerekir. 30nC, = 10V için bir maksimum değerdir . Veri sayfasının 3. sayfasındaki grafik genellikle 10nC @ 5V, sonra C = 10 n C diyor$V_{GS}$ = 2nF. Sayfa 3'teki başka bir grafik deCISSiçin 1nF değeri verir. Tutarsızlık, kapasitansın sabit olmamasıdır (bu yüzden bir şarj değeri verirler). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

Kapı direncinin gerçekten bir etkisi olacaktır. Geçidin zaman sabiti (9 olacak ± 3.6 Ω ) x 2NF = 25 ns'dir yerine 9 Ω x 2NF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

Teorik olarak, açma ve kapatma arasında küçük bir fark olacaktır, çünkü kapatırken daha yüksek bir sıcaklıktan başlarsınız. Ancak, açık ve kapalı arasındaki süre küçükse (burada çok fazla marj, onlarca saniyeden bahsediyoruz) sıcaklık sabittir ve karakteristik az çok simetrik olacaktır.

Yan sorunuz hakkında. Bu genellikle veri sayfalarında verilmez, çünkü akım , V D S ve sıcaklığa bağlı olacaktır ve 4 boyutlu grafikler iki boyutta iyi çalışmaz. Tek çözüm onu ​​ölçmektir. Bir yol, kapalı ve açık arasında I D ve V D S grafiklerini kaydetmek ve her ikisini birden çoğaltmak ve entegre etmektir . Bu geçiş normalde hızlı olur, bu yüzden muhtemelen sadece birkaç noktayı ölçebilirsiniz, ancak bu size iyi bir yaklaşım sağlayacaktır. Geçişi daha yavaş yapmak daha fazla puan verecektir, ancak sıcaklık farklı olacaktır ve sonuç daha az doğru olacaktır.$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

Veri sayfasındaki spesifikasyon V _GS = 10 V diyor , bu yüzden hayır. C = 30 nC / 10 V = 3 nF olacaktır. Ancak bu mutlak bir maksimumdur.

Bunun yerine tek bir kapasitans değerinin, sayfanın 3. bir grafik olarak kapasitans spec anlamları c _iss c _rss c _oss verilmiştir bu belge şekil 5. Sana c en çok önemsediğiniz düşünüyorum _iss , 900 pF hakkında hangi çizelgeye göre.

Başvurulması MOSFET anahtarlama bu Fairchild uygulaması notu , rakam hali liyakat bu Infineon notu , bu kızılötesi notu ve kendi deneyim:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$ (kapıdan gidere)

MOSFET'i açarak ne kadar gücün dağıtıldığını hesaplama açısından, etkin kapı kapasitansını bulmak için Q = CV ilişkisini kullanabilirsiniz. Üretici aynı zamanda bu rakamı genellikle$C_{iss}$.

IR notu anahtarlama kaybını oldukça iyi özetliyor. Esnasında$Q_{gs}$ MOSFET iletime başlar ($I_D$ yükselir ve $V_{DS}$yüksek kalır). Esnasında$Q_{gd}$ MOSFET doymuş hale gelir ($V_{DS}$düşme). Kaybı görmenin en iyi yolu, daha önce önerildiği gibi,$V_{DS}$ ve $I_D$. Bu EETimes makalesi , burada ayrıntılı olarak açıklamayacağım çeşitli koşullar için anahtarlama kaybının matematiksel olarak nasıl hesaplanacağını açıklar.

Şarj akımını belirlemek için ihtiyacınız olan harici dirençle MOSFET geçit direnci eklenir. Sizin durumunuzda, sadece 5V'a şarj ettiğiniz için, sürücünüzün mevcut kapasitesini en üst düzeye çıkarmayacaksınız.

Kapıyı boşaltmak, eşikler aynı kaldığı sürece, şarj etmekle aynıdır. Açma prizi 4V ise ve 5V'ye şarj ederseniz, kapanma süresi için sadece 1V'yi deşarj ettiğiniz için açılış süresine karşı kapanma süresinde küçük bir asimetri olacağını hayal edebilirsiniz. vs 4V açmak için.

Önceki yoruma göre, açma ve kapama şarj akımlarını uyarlamak için MOSFET sürücü devrelerinde direnç ve diyot ağlarını görmek oldukça yaygındır.

açma ve kapatma sırasında güç kaybı

Bu geçişler sırasında ısınan transistörün, transistörün iç voltajları ve akımları ve kapasiteleri ile bir ilgisi olduğunu düşünebilirsiniz.

Pratikte, bir anahtarı yeterince hızlı bir şekilde açtığınız veya kapattığınız sürece, anahtarın iç detayları önemsizdir. Düğmeyi tamamen devreden çıkarırsanız, devredeki diğer şeyler kaçınılmaz olarak, düğmenin açıp kapadığı iki düğüm arasında bazı parazitik kapasitans C'ye sahiptir. Bu devreye herhangi bir tür anahtar taktığınızda, anahtar kapalıyken, bu kapasitans bir miktar V voltajına kadar şarj eder ve CV ^ 2/2 watt enerji depolar.

Ne tür bir anahtar olursa olsun, anahtarı açtığınızda, bu anahtarda tüm CV ^ 2/2 watt enerji dağıtılır. (Çok yavaş bir şekilde değişirse, o anahtarda belki daha da fazla enerji harcanır).

Mosfet anahtarınızda harcanan enerjiyi hesaplamak için, bağlı olduğu toplam harici kapasitans C'yi (muhtemelen çoğunlukla parazitik) ve anahtarın terminallerinin anahtar açılmadan hemen önce şarj ettiği V voltajını bulun. Her türlü anahtarda harcanan enerji

• E_turn_on = CV / 2

her açıldığında.

FET'inizin kapısını açan dirençlerde harcanan enerji

• E_gate = Q_g V

nerede

• V = geçit voltajı salınımı (açıklamanızdan 5 V)
• Q_g = transistörü açmak veya kapatmak için kapı piminden ittiğiniz şarj miktarı (FET veri sayfasından 5 V'de yaklaşık 10 nC)

Aynı E_gate enerjisi açma sırasında ve tekrar kapatma sırasında dağıtılır.

Bu E_gate enerjinin bir kısmı transistörde harcanan edilir ve bir kısmı FET sürücüsü çip dağılan - Ben genellikle varsayan bir kötümser analizini kullanmak tüm bu enerjinin transistörde harcanan ve aynı zamanda tüm bu enerjinin dağılır FET sürücüsünde.

Anahtarınız yeterince hızlı kapanırsa, kapatma sırasında harcanan enerji, açma sırasında harcanan enerjiye kıyasla genellikle önemsizdir. En kötü durumda bağlı (yüksek endüktif yükler için)

• E_turn_off = IVt (en kötü durum)

nerede

• Kapatmadan hemen önce anahtarın içinden geçen akımım,
• V, kapandıktan hemen sonra anahtar üzerindeki voltajdır ve
• t, açık konumundan kapalı konumuna geçiş süresidir.

Sonra fette harcanan güç

• P = P_switching + P_on

nerede

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * anahtarlama_frekansı
• anahtarlama_frekansı, düğmeyi saniyede kaç kez çevirdiğinizdir
• P_on = IRd = anahtar açıkken harcanan güç
• Anahtar açıkken ortalama akımdır,
• R, FET'in durum direncidir ve
• d, anahtarın açık olduğu sürenin bir kısmıdır (en kötü durum tahminleri için d = 0.999 kullanın).

Birçok H köprüsü, endüktif geri dönüş akımını yakalamak için bir geri dönüş diyotu olarak (genellikle istenmeyen) vücut diyotundan yararlanır. Bunu yaparsanız (harici Schottky yakalama diyotlarını kullanmak yerine), bu diyotta harcanan gücü de eklemeniz gerekir.