Elektrik Mühendisliği öğrenirken duyduğunuz ortak bir kural, bir MOSFET'in geçit akımının her zaman yaklaşık 0 olmasıdır. 0 olduğunu varsaymak ne zaman güvenli değildir?
Yanıtlar:
Geçici koşullar altında, kapı kapasitansını şarj etmeniz (veya boşaltmanız) gerektiğinden kapı akımı sıfır olmayacaktır ve bu akım gerektirir. Kapı akımı ne kadar büyük olursa, kapı voltajı o kadar hızlı değişir ve cihaz o kadar hızlı değişir. Anahtar geçişi tamamlandığında, geçit akımı sıfıra yaklaşır (ve çoğunlukla kaçak akımdır).
Düşük anahtarlama (PWM) frekansları için rms geçit akımı düşük olacaktır. Daha yüksek anahtarlama frekansları rms akımını artıracaktır.
En önemli istisna genellikle statik sızıntı değildir, ancak kapı kapasitansını şarj etmek veya boşaltırken açmak veya kapatmaktır.
Kapı kapasitansını faydalı hızlı bir şekilde şarj etmek ve boşaltmak için tipik olarak yaklaşık 0,1 ila 1 amperlik kapı akımları gereklidir.
Çok hızlı ekstra kayıplara yol açar.
Çok yavaş, FET'in kapalı ve sert arasında aktif direnç durumunda olmasına ve uygun tasarımla elde edilebileceklere göre çok önemli miktarda enerji yaymasına neden olur.
Bu nedenle geçit sürücülerine ihtiyaç duyulmaktadır ve neden MOSFET geçidini, voltaj gereksinimleri iyi karşılansa bile, tipik olarak 1 ila 30 mA sağlayabilen bir mikrodenetleyici pimden yüksek frekanslarda süremezsiniz.
_______________________________-
İlgili - MOSFET gate sürücü akımları:
10 kHz'de anahtarlanan bir MOSFET'in, uygulamaya bağlı olarak yeterli anahtarlama süreleri elde etmek için 0.1A - 1A aralığında geçit sürücü akımlarına ihtiyaç duyabileceği genellikle takdir edilmez. Aralığın üst ucundaki kHz kapı sürücüsünün birçok 10'unda yaygın olacaktır.
MOSFET veri sayfaları geçit yükünü ve geçit kapasitansını belirtir. Kapasiteler tipik olarak "az nanoFarad" aralığındadır ve geçit yükü tipik olarak birkaç on nanocoulomb ve giriş kapasitansı tipik olarak bir nanoFard veya azdır.
Digikeys parametrik seçiciyi kullanarak, sadece 60-100 V Vds ve 10-20 Amp Ids N Kanal MOSFET'lerini alt kümeleştirin.
Geçit yükü 3.4 nC kadar düşük ve giriş kapasitansı = 256 pF ve
alt medyan çeyreklik = 18 nC ve 870 pF ve
üst medyan çeyrek = 46 nC ve 1200 pF
ile 5700 pF giriş kapasitansı
ile 225 nC kadar yüksekti.
Bu yük, kapı kapasitansının içine ve dışına "pompalanmalıdır".
Eğer 10 kHz diyelim PWMing iseniz, o zaman 1 döngü = 100 uS, böylece anahtarlama sürelerinin bunun küçük bir kısmı olduğunu umarsınız. Birkaç nF ila sıfır / tipik olarak 3V ila 12V şarj etmek veya deşarj etmek istiyorsanız, en az 100 mA mA sürücüye sahip olmak bir zorunluluktur.
1 Coulomb = 1 amper saniye, bu nedenle 10 nC, 0.01 uS için 1 A veya 0.1 uS için 0.1A ortalama gerektirir. 225 nC geçit şarjı ile yukarıdaki korkunç MOSFET, 1A'da şarj etmek için 0.225 uS ve 0.1A'da 2.25 uS alacaktır. Bu FET'in çoğundan çok daha kötü olmasının nedeni, "sepcial - genellikle geçit voltajı olmadan açık olan ve kapatmak için negatif kapı voltajı gerektiren bir 100V 16A tükenme modu cihazı olmasıdır. Ancak, yine de biri olabilir" 100 + nC geçit şarjı ile bu 60V, 20A parçası tarafından yakalandı " .
Bu daha normal 60V 14A parçanın maksimum 18 nC geçit şarjı vardır. 10 mA'da bir mikrodenetleyici bağlantı noktası piminden sürün ve alır! Kapı kondansatörünü şarj etmek için 1,8 uS - muhtemelen 10 kHz'de kabul edilebilir ve 100 kHz'de çok kötü. 'Düzgün sürüldüğünde' 110 ve 41 nS'lik yükselme ve düşme anahtarlama süreleri ile, üst sınırlarına yakın herhangi bir yere geçmek için ~ 2 uS geçit şarj sürelerinden daha iyi olmasını istersiniz.
Misal:
200 nS yüksek yan kapı sürücüsü:
Bu devrenin kaynağı kesin değil - PICList üyesi aracılığıyla düşünüyorum. Herkesin umurunda olup olmadığını kontrol edebilir. Bu devrenin belirgin olabileceğinden çok daha "akıllı" olduğuna dikkat edin. (Olin, burada kullanılan giriş düzenlemesine düşkündür). R14 boyunca ~ = 3V salınımı yaklaşık R15 yaklaşık 15V salınımına neden olur, bu nedenle Q14 / Q15 bazları + 30V'den + 15V'ye salınır ve yüksek yan kapı P Kanal MOSFET'e sürülürse ~ 15V sağlar.
Veri sayfasını kontrol edin. İçin bu MOSFET onlar maksimum 100nA kaynak kaçak akımına bir kapı belirtin. Örneğin, FET'i bir opamptan sürüyorsanız, muhtemelen bunu göz ardı edebilirsiniz. Çok düşük şarjlı bir statik voltaj kullanıyorsanız, 100nA çok fazla olabilir. Her şey uygulamanıza bağlıdır, ancak çoğu durumda bu statik akım göz ardı edilebilir. Açmak ve kapatmak, kapının kapasitansını şarj etmek ve boşaltmak için çok daha büyük bir akım tepe noktasına neden olacaktır.
Büyük bir MOSFET'in geçici doğalarını gösteren bazı dalga formları. Geçiş sırasında geçit akımı yükselir ve burada geçit sürücü voltajında bir düşüşe neden olabilir. (siyah çizgi)
.
Bu genellemenin idealleştirilmiş amplifikasyon uygulaması açısından bir MOSFET ile bir BJT'yi karşılaştırmasından kaynaklandığını düşünüyorum.
"Bir BJT, akım kontrollü bir cihazdır (taban akımı kontrol eden kolektör akımı, PN ileri düşüşüne kenetlenen taban voltajı), ancak MOSFET bir iletkenlik cihazıdır (taban akımı ihmal edilebilir, taban voltaj kontrolleri kolektör akımı)" .
"Kararlı durum" amplifikatörlerden bahsederken (sert anahtarlama veya sapmada büyük dalgalanmalar olmaz) 'sıfır taban akımı' varsayımı, anlamlı bir iş yapmanıza izin verecek kadar doğru kalır.
Diğerleri MOSFET'in doğal kapasitanslarının davranışa egemen olduğunu belirttiği gibi yüksek frekanslı sert anahtarlama uyguladığınızda (yani, çizilen temel akım, kapı kapasitansını şarj etme ve boşaltma fonksiyonudur), böylece 'sıfır akım' varsayımı geçersiz kılınır.