Як зменшити затримку відключення MOSFET

У заголовку сказано, що це все в програмах комутації сигналів - крім вибору іншого пристрою, як я можу зменшити затримку відключення (N-канальних) MOSFET? Чи є щось подібне до затискача Бейкера, що використовується для BJT?

Ворота MOSFET і драйвер виглядають приблизно так:

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

$C_G$ - це здебільшого ємність затвора самої MOSFET. Водій може додати власну ємність, але це зазвичай незначно.

$L_G$ та $R_G$ здебільшого виходять із схеми драйвера затвора. Провідники MOSFET також сприяють, але меншою мірою.

L G C G V G $R_G$ також виразно додається в деяких схемах драйверів, щоб зменшити резонанс і . Без цього демпфування дзвінок може призвести до того, що напруга на воротах М1 буде перехідним переходом значно перевищує напругу, що надається , іноді перевищує максимум, визначений MOSFET і пошкоджуючи затвор.$L_G$$C_G$$V_{GS}$

Щоб якнайшвидше переключитись, ви хочете, щоб усе це було якомога менше.

Мінімізація досить проста. Не додайте більшого опору, ніж потрібно, і не робіть сліди на друкованій платі надто тонкими. Ви також хочете, щоб драйвер був максимально наближений до MOSFET, і ви хочете, щоб він був чимось здатним занурюватися та подавати сильний струм. Найпростіший спосіб зробити це, можливо, додати пару послідовників випромінювачів BJT:$R_G$

^{моделювати цю схему}

Для більш складного прикладу дивіться проїжджаючи низька сторона мостового моста з 3.3V . Звичайно, є і комплексні рішення.

Якщо важливіше швидке відключення, ніж швидке ввімкнення (звичайне для H- додатків), то D1 можна додавати в основному в обхід під час відключення, зберігаючи при цьому значну частину можливості демпфування.$R_G$

Щоб мінімізувати , не тільки про довжину сліду затвора, але і про зворотний шлях від джерела назад до драйвера затвора. Пам'ятайте, що струм зарядки затвора повинен протікати через затвор і джерело, і назад до водія. Індуктивність цієї петлі пропорційна площі, яку вона оточує, а на високих частотах ця індуктивність обмежить швидкість комутації набагато більше, ніж опір . Поширена практика компонування - мати тверду заземлену площину під MOSFET та драйвером, при цьому слід проїжджати як можна коротше. Там, де потрібно з'єднати шари з віасами, включіть, по можливості, кілька, щоб мінімізувати їх ефективну індуктивність.$L_G$$R_G$

Пам'ятайте також, що і включають опір живлення. Переконайтесь, що драйвер затвора належним чином забезпечений конденсаторами для роз'єднання живлення. Паралельно використовуйте декілька, щоб максимізувати ємність і мінімізувати індуктивність.R $L_G$$R_G$

R D S ( o n $C_G$ не можна безпосередньо зменшити, за винятком вибору іншого MOSFET. Дорожчі MOSFET можуть забезпечити меншу ємність затвора для нижчої або максимальної здатності керування струмом. Крім того, не використовуйте MOSFET з більш поточною здатністю до обробки, ніж потрібно; ви будете платити за це в збільшеній ємності воріт.$R_{DS(on)}$

Більшість конструкцій драйверів воріт також можуть виграти від приведення воріт до негативного напруги. Застосовуючи більш високу напругу до та , струм стане більшим, швидшим, що призведе до більшого і, таким чином, швидше відключиться. Також пам’ятайте, що чим вище ви зробите , тим швидше ви зможете переключитися, але і тим гірший буде дзвінок.R G d $L_G$$R_G$ d$\frac{di}{dt}$$\frac{di}{dt}$

Також майте на увазі, що якщо вам вдасться досягти дуже швидкого відключення, ви можете натрапити на обмеження вашого MOSFET . Зі збільшенням напруги джерела зливного джерела, ємність для зливного затвора і ємність корпусу зливного тіла повинна бути заряджена, а це означає, що драйвер затвора повинен занурити цей зарядний струм. Якщо це не вдається, то напруга на затворі може піднятися досить, щоб увімкнути MOSFET, і залежно від вашої схеми може статися щось погане. Зазвичай це означає простріл для Н-мостів.$\frac{dv}{dt}$

від Міжнародного випрямляча - Основи Power MOSFET

Це ще одна причина включити D1, якщо ви навмисно додали .$R_G$

Концепція затискача для пекаря також може бути застосована до MOSFET, просто не пересуваючи затвор на більш високу напругу, ніж потрібно. Однак, на відміну від BJT, MOSFET відчуває зменшення міру збільшення , тому існує деяка цінність у піднятті над порогом включення. V G S V G $R_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

приклад, для 2N7000

Вам доведеться розраховувати свої теплові межі, щоб побачити, чи можете ви щось тут отримати, але я б сказав, якщо досить низький, що вам не потрібно вести ворота дуже високо, ви отримаєте кращі показники роботи вибір іншого MOSFET з меншою загальною ємністю затвора і більшою . Це пояснюється тим, що більша частина заряду, який вам належить перемістити, і, таким чином, час, який потрібно чекати, щоб увімкнути або вимкнути, витрачається, коли напруга на затворі перетинає порогову напругу : R D S ( o n ) V t $R_{DS}$$R_{DS(on)}$$V_{th}$

2N7000 знову. Плоский переріз посередині знаходиться на .$V_{th}$

Підвищення напруги на затворі вище вимагає відносно невеликої зарядки, але ви можете отримати значні скорочення .$V_{th}$$R_{DS}$

Не намагаючись конкурувати з відповіддю Філа, бо це справді добре. Але, кілька речей, про які варто подумати.

Ви не згадуєте, яку саме частину ви використовуєте, але якщо вам дійсно потрібно зменшити затримку відключення, можливо, вам доведеться використовувати поверхневу частину кріплення. Наприклад, частина TO-220, наприклад, вбудує в пакет 7nH індуктивності і стільки ж 10 Ом опору воріт, про який ви нічого не можете зробити. Хоча частина поверхневого кріплення матиме більше подібність до індуктивності 3nH та опору воріт 3 Ом, які можна перемикати набагато швидше.

Що стосується швидшого витягу заряду з воріт, ви можете розглянути можливість додавання транзистора PNP вниз на воротах FET. Щось на зразок цього:

Транзистор Q5 виконує функцію локального пониження низької індуктивності, що розділяє будь-який опір ланцюга верхнього потоку на транзистор . Це на зразок ідеї Філа про використання діода, за винятком того, що ви отримаєте користь від прибутку. $\beta$

Якщо ви хочете отримати кількісні вказівки щодо пошуку мінімального опору воріт, який слід використати, ви можете ознайомитися з цією публікацією.

Існує ряд речей, які можна зробити для прискорення відключення MOSFET.

1) Використовуйте драйвер нижнього опору імпедансу, який здатний швидше розрядити ємність затвора.

2) Якщо у вас є послідовний резистор від драйвера затвора до воріт, спробуйте зменшити значення цього опору на деяке.

3) Якщо послідовно є резистор з воріт від драйвера, спробуйте покласти конденсатор через резистор цієї серії. Це може прискорити випуск FET за умови, що у драйвера досить низький опір, а константа часу R / C пари резистора / конденсатора дозволяє розряджати конденсатор перед переходом "на вимкнення".

4) Спробуйте змістити драйвер затвора для FET, щоб затвор розгойдувався на невелику кількість нижче напруги джерела під час та після переходу затвора. Якщо джерело знаходиться в GND, тоді спробуйте дістати ворота на кілька сотень мілівольт нижче GND.

Крім того, що каже Майкл Карась, немає сенсу застосовувати більше напруги на затворі, ніж те, що потрібно. Це в круговому способі - це те, що затискач пекаря робить BJT.

Отже, ви виявите, що для адекватного включення БНТ вам потрібно (скажімо) 5 В, але ви застосовуєте 10 В - 5 цих вольт повинні бути "розряджені" до того, як FET починає етап вимкнення.

З BJT легко "автоматизувати" це за допомогою діодів, але якщо ви можете точно вибрати, скільки напруги на затворі потрібно застосувати (залежно від плати) та врахувати температуру та інші речі (це може означати, що вам потрібен вольт або два більше ), тоді ви можете зекономити кілька наносекунд.