Як спроектувати значення воріт резистора?

Це таблиця драйвера IC, над якою я працюю (LM5112).

Далі наводиться схема застосування модуля.

В основному це схема драйвера GATE для MOSFET з сигналом PDM як вхід. Я шукаю, як розрахувати значення вхідного резистора MOSFET (R3)?

Вхідна напруга MOSFET (VDS) = 10 В Потрібна вихідна потужність 200 Вт.

Запитання:

1) Як розрахувати вхідний резистор MOSFET?

2) Які фактори впливають на розрахунок вхідного резистора MOSFET?

3) Яким буде максимальне, мінімальне можливе значення резистора та ефект у ланцюзі, якщо значення резистора буде змінено (збільшено чи зменшено)?

Будь ласка, дайте мені знати, якщо потрібна додаткова інформація.

Якщо ви вибрали цей драйвер, який має величезний вихідний струм (7А), то я припускаю, що вам потрібен цей струм приводу затвора, щоб перемикати дуже великий FET дуже швидко.

Резистор затвора лише сповільнить роботу за рахунок зменшення струму приводу затвора, тому його оптимальне значення дорівнює нулю Ом. Його максимальне значення залежить від прийнятних комутаційних втрат (перемикання повільніше спричиняє більше втрат при перемиканні).

Хоч резистор затвора все ще може використовувати:

• Уповільнити комутацію, щоб зменшити ЕМІ. Але в цьому випадку ви також можете використовувати слабший (дешевший) драйвер.
• Зменшіть струм, що відводиться від живлення під час включення MOSFET. Якщо локальна розв'язка недостатньо хороша, цей струм може призвести до провисання VCC, запускаючи UVLO мікросхеми. На щастя, чіп-чіп полегшує досягнення низької індуктивності роз'єднання.
• У випадку, якщо макет неоптимальний з довгим слідом на воротах. Це додає індуктивності в воротах, що може призвести до того, що MOSFET розшириться. Резистор зменшить коливання ціною повільніше перемикання. Це трохи допомога, потрібна щільна компонування.

Я б радив поставити слід на резистор на всякий випадок і почати з перемички 0R.

Розуміння воріт MOSFET

MOSFET - це чудові пристрої, які надають багато переваг під час руху різних вантажів. Той факт, що вони працюють з напругою, і що вони мають дуже низький опір, робить їх пристроєм вибору для багатьох застосувань.

Однак те, як ворота насправді працюють, мабуть, одна з найменш зрозумілих характеристик для багатьох буде дизайнерам.

Давайте розглянемо вашу типову схему MOSFET.

ПРИМІТКА. Тут я збираюся лише проілюструвати пристрої N-каналів, але P-канал працює за тими ж механізмами.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{моделювати цю схему}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

Щоб ускладнити питання, ці ємності не є постійними і змінюються залежно від застосованих напруг. Типовий приклад показаний нижче.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

ПРИМІТКА. Можна використовувати два резистори затвора з відповідними діодами, якщо межі джерела та раковини в драйвері різні, або потрібно загострити або ввімкнути, або відключити краї.

Час - це все

Гаразд, тепер, можливо, ви можете зрозуміти, чому важливий резистор для воріт. Однак тепер вам потрібно зрозуміти, який вплив має опір воріт, і що станеться, якщо він занадто великий.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Проаналізуємо цю просту схему.

Тут я вибрав типовий MOSFET, який має вхідний опір близько 2,5 Ом. З укороченим до землі стоком, як показано вище, наступні сліди можуть бути накреслені на висхідному краю моток.

Як бачимо, як ми прогнозували, струм у спочатку починається обмеженим опорами на 1A і падає експоненціально до нуля. Тим часом напруга на самому затворі зростає експоненціально до прикладеної напруги затвора 10В. Тут немає жодних сюрпризів, крім гострого краю на початку Vg, який, на мою думку, є симулятором артефакту, ймовірно, внаслідок вхідної індуктивності моделі.$R_{Gate}$

Падіння краю пульсу, не дивно, схоже.

Гаразд, давайте прикладемо до воріт невелику напругу, 1 В, з резистором навантаження 1 Ом.

У наведених вище слідах слід зазначити три речі.

1. Помітьте удар в . Коли напруга піднімається на затворі, верхівка висувається вище напруги на рейці. Оскільки MOSFET все ще вимкнено, повинен розрядитися через резистор навантаження, як показано в сліді I (R_LOAD).$V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. MOSFET не вмикається близько 653nS після краю імпульсу, коли напруга затвора встигло зарядитися достатньою до порогової напруги. Очевидно, що занадто великий затримає це ще більше.$R_{GATE}$

3. Якщо у вас орлине око, ви також можете помітити невеликий прогин в I (R_GATE), коли MOSFET включається.

Гаразд, дозвольте мені показати вам більш реалістичну напругу з напругою 10 В і 10 Ом.

Те, що повинно вам виділятися вище, - це чітка плоска пляма в струмі затвора і . Що це викликає?$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

У цей момент щось вам повинно було стати очевидним. Це є...

Затримка включення змінюється з напругою навантаження!

$C_{GD}$

Дозволяє збільшити його до максимального розміру, який цей пристрій може справляти, 300В, але все ще з 1А навантаженням.

Зауважте, що рівне місце зараз ДУЖЕ довго. Пристрій залишається в лінійному режимі та займає набагато більше часу, щоб повністю увімкнути його. Насправді мені довелося розширити часову базу в цьому образі. Струм воріт тепер підтримується близько 6uS.

Дивлячись на час вимкнення, у цьому прикладі ще гірше.

$C_{GD}$

Це означає, що якщо ви модулюєте потужність до навантаження, частота, на яку ви можете управляти, сильно залежить від напруги, яку ви перемикаєте.

Що працює на 100 КГц при 10 В ... із середнім струмом затвора близько 400 мА ...

Не має надії на 300В.

На цих частотах енергії, що розсіюється в MOSFET, резисторі затвора та драйвері, ймовірно, буде достатньо для їх знищення.

Висновок

Крім простого низькочастотного використання, точна настройка MOSFETS для роботи на більш високих напругах і частотах вимагає значної кількості ретельної розробки, щоб отримати необхідні характеристики. Чим вище, тим потужнішим повинен бути драйвер MOSFET, щоб ви могли використовувати якомога менше опір воріт.