Ємність воріт проти заряду затвора в n-ch FET, і як обчислити розсіювання потужності під час зарядки / розряду затвора

Я використовую драйвер MOSFET ( TC4427A ), який може заряджати ємність воріт 1nF приблизно за 30 секунд.

Подвійний N-канальний МОП - транзистор Я використовую (Si4946EY) має заряд затвора з 30nC (макс) на польовий транзистор. Я зараз розглядаю лише одне, оскільки обидва на штампі однакові. Я веду ворота до 5В. (Це питомий логічний рівень.)

Чи означає це, що я можу застосувати Q = CV для розробки ємності? C = 30nC / 5V = 6nF. Тож мій водій може повністю включити ворота приблизно за 180с.

Чи правильна моя логіка?

Опір воріт MOSFET задається на макс. 3,6 Ом. Чи матиме це вплив на вищезазначені розрахунки? Водій має опір 9 Ом.

Чи є якась істотна різниця в тому випадку, коли затвор вимикається замість заряджених? (вимкнення плода.)

Як сторонне питання, протягом 180-х років плід ще не повністю. Тож Rds (не зовсім ON) досить високий. Як я можу підрахувати, скільки розсіювання потужності відбудеться за цей час?

Як каже ендоліт, ви повинні дивитися на умови для параметрів. 30nC - максимальне значення для = 10V. Графік на сторінці 3 таблиці говорить, як правило, 10nC @ 5V, тоді C = 10 n $V_{GS}$ = 2nF. Інший графік також на сторінці 3 дає значення 1nF дляCISS. Розбіжність полягає в тому, що ємність не є постійною (саме тому вони дають значення заряду). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

Опір воріт дійсно матиме вплив. Постійна часу затвора буде (9 + 3,6 Ом ) × 2nF = 25ns, а не 9 Ω × 2nF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

Теоретично буде незначна різниця між увімкненням і вимкненням, оскільки при відключенні ви починаєте з більш високої температури. Але якщо час між увімкненням і вимкненням невеликий (тут велика запас, ми говоримо про десятки секунд) температура є постійною, а характеристика буде більш-менш симетричною.

Про ваше сторонне питання. Зазвичай це не наведено у таблицях даних, оскільки струм буде залежати від , V D S та температури, а 4-мірні графіки не працюють добре у двох вимірах. Єдине рішення - це його вимірювання. Один із способів - записати графіки I D і V D S між вимкнутим і ввімкненим, а також помножити обидва та інтегрувати. Цей перехід зазвичай відбудеться швидко, тому ви, мабуть, зможете виміряти лише декілька точок, але це повинно дати вам хороший наближення. Якщо зробити перехід повільніше, ви отримаєте більше очок, але температура буде іншою, а значить, результат буде менш точним.$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

Специфікація в аркуші даних каже: V _GS = 10 В, тому ні. Це було б C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Але це абсолютний максимум.

Замість одного значення ємності, вони креслення ємності у вигляді графіка на сторінці 3. Значення з _ISS з _RSS і гр _ОСС приведена в даному документі малюнку 5. Я думаю , що ви дбаєте найбільше з _ISS , яка становить близько 900 пФов згідно діаграми.

Посилання на цю примітку додатка Fairchild про перемикання MOSFET , цю примітку Infineon про показник достоїнств , цю примітку IR та власний досвід:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

$Q_{gs}$$I_D$$V_{DS}$$Q_{gd}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

Опір затвора MOSFET додається з будь-яким зовнішнім опором для визначення струму зарядки. У вашому випадку, оскільки ви заряджаєте лише до 5В, ви не збільшите максимум поточних можливостей свого драйвера.

Розрядження затвора відносно ідентичне зарядці, оскільки пороги залишаються однаковими. Якщо ввімкнено 4 В, а ви заряджаєте до 5 В, ви можете уявити, що буде деяка невелика асиметрія в час увімкнення та час відключення, оскільки ви вивантажуєте лише 1 В для отримання відключення проти 4В, щоб отримати ввімкнення.

Згідно з попереднім коментарем, досить часто бачити мережі резисторів та діодів в приводних схемах MOSFET для адаптації струмів зарядки включення та вимикання.

розсіювання потужності під час включення та відключення

Ви можете подумати, що нагрівання транзистора під час цих переходів має щось спільне з внутрішніми напругами та струмами та ємностями транзистора.

На практиці, якщо ви досить швидко вмикаєте або вимикаєте перемикач, внутрішні деталі вимикача не мають значення. Якщо витягнути вимикач повністю з ланцюга, інші речі в ланцюзі неминуче мають деяку паразитарну ємність С між двома вузлами, які вимикач включається і вимикається. Коли ви вставляєте в цю схему комутатор будь-якого виду, вимикаючи його, ємність заряджається до деякої напруги V, зберігаючи CV ^ 2/2 Вт енергії.

Незалежно від типу перемикача, при включенні вимикача вся енергія CV ^ 2/2 Вт розсіюється в цьому комутаторі. (Якщо він перемикається дійсно повільно, то, можливо, ще більше енергії розсіюється в цьому комутаторі).

Для обчислення енергії, що розсіюється у вашому перемикачі MOSFET, знайдіть загальну зовнішню ємність C, до якої вона приєднана (можливо, переважно паразитична), і напругу V, до якої заряджають клеми вимикача безпосередньо перед включенням вимикача. Енергія, що розсіюється в будь-якому виді комутатора, є

• E_turn_on = CV / 2

при кожному включенні.

Енергія, що розсіюється в опорах, що ведуть ворота вашої FET

• E_gate = Q_g V

де

• V = розпал напруги на затворі (з вашого опису, це 5 В)
• Q_g = кількість заряду, яку ви проштовхуєте через затворний штифт, щоб увімкнути або вимкнути транзистор (з інформаційного аркуша FET це приблизно 10 нС при 5 В)

Ця ж енергія E_gate розсіюється під час включення та знову під час відключення.

Частина цієї енергії E_gate розсіюється в транзисторі, а частина її розсіюється в мікросхемі драйвера FET - я зазвичай використовую песимістичний аналіз, який передбачає, що вся ця енергія розсіюється в транзисторі, а також вся ця енергія розсіюється. в драйвері FET.

Якщо ваш комутатор вимикається досить швидко, енергія, що розсіюється під час відключення, як правило, незначна порівняно з енергією, що розсіюється під час включення. Ви можете розмістити в гіршому випадку (для сильно індуктивних навантажень)

• E_turn_off = IVt (найгірший випадок)

де

• Я - струм через вимикач безпосередньо перед відключенням,
• V - напруга на комутаторі відразу після відключення, і
• t - час перемикання з увімкнення на вимкнення.

Тоді сила, що розсіюється у плода, є

• P = P_перемикання + P_on

де

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * перемикання_частота
• switching_frequency - це кількість разів за секунду, що ви перемикаєте перемикач
• P_on = IRd = потужність, що розсіюється під час увімкнення комутатора
• I - середній струм, коли комутатор включений,
• R - державний опір FET, і
• d - частка часу, у який вмикається перемикач (використовуйте d = 0,999 для найгірших оцінок).

Багато мостів H користуються перевагою (зазвичай небажаного) діода тіла як віддалений діод, щоб вловлювати індуктивний зворотний струм. Якщо ви це зробите (замість того, щоб використовувати зовнішні діоди Шоткі), вам також потрібно буде додати потужність, що розсіюється в цьому діоді.