Điện dung cổng so với điện tích cổng trong FET n-ch và cách tính công suất tiêu tán trong quá trình sạc / xả cổng

Tôi đang sử dụng trình điều khiển MOSFET ( TC4427A ), có thể sạc điện dung cổng 1nF trong khoảng 30ns.

Các N-ch MOSFET kép Tôi đang sử dụng (Si4946EY) có một lần sạc cổng 30nC (max) mỗi Fet. Tôi chỉ đang xem xét một cho bây giờ vì cả hai trên chết là giống hệt nhau. Tôi đang lái cổng đến 5V. (Đây là một fet mức logic.)

Điều này có nghĩa là tôi có thể áp dụng Q = CV để tính ra điện dung? C = 30nC / 5V = 6nF. Vì vậy, trình điều khiển của tôi có thể bật cổng đầy đủ trong khoảng 180ns.

Logic của tôi có đúng không?

Điện trở cổng của MOSFET được chỉ định ở mức tối đa. 3,6 ohms. Điều này sẽ có ảnh hưởng gì đến các tính toán ở trên không? Người lái có điện trở 9 ohm.

Có sự khác biệt đáng kể nào khi cổng được xả thay vì tính phí không? (tắt thai nhi.)

Như một câu hỏi phụ, trong 180ns thai nhi không hoàn toàn trên. Vì vậy, Rds (không-khá-ON) là khá cao. Làm thế nào tôi có thể tính toán mức độ tiêu hao năng lượng sẽ xảy ra trong thời gian này?

Giống như endolith nói rằng bạn phải xem các điều kiện cho các tham số. 30nC là giá trị tối đa cho = 10V. Biểu đồ trên trang 3 của biểu dữ liệu thường nói là 10nC @ 5V, sau đó C = 10 n $V_{GS}$ = 2nF. Một đồ thị cũng trên trang 3 đưa ra một giá trị của 1nF choCTôiSS. Sự khác biệt là do điện dung không đổi (đó là lý do tại sao chúng cho giá trị điện tích). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

Các cổng kháng chiến thực sự sẽ có một ảnh hưởng. Hằng số thời gian của cổng sẽ là (9 + 3,6 Ω ) × 2nF = 25ns, thay vì 9 Ω × 2nF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

Về lý thuyết sẽ có một chút khác biệt giữa bật và tắt, bởi vì khi tắt bạn bắt đầu từ nhiệt độ cao hơn. Nhưng nếu thời gian giữa bật và tắt là nhỏ (rất nhiều lề ở đây, chúng ta nói về hàng chục giây) nhiệt độ không đổi, và đặc tính sẽ ít nhiều đối xứng.

Về câu hỏi phụ của bạn. Điều này thường không được đưa ra trong datasheets, bởi vì dòng điện sẽ phụ thuộc vào , V D S và nhiệt độ và đồ thị 4 chiều không hoạt động tốt ở hai chiều. Giải pháp duy nhất là đo nó. Một cách là ghi lại đồ thị I D và V D S giữa tắt và bật và nhân cả hai và tích hợp. Quá trình chuyển đổi này thông thường sẽ diễn ra nhanh chóng, vì vậy có lẽ bạn sẽ chỉ có thể đo được qua một vài điểm, nhưng điều đó sẽ cho bạn một xấp xỉ tốt. Thực hiện quá trình chuyển đổi chậm hơn sẽ mang lại nhiều điểm hơn, nhưng nhiệt độ sẽ khác nhau, và do đó kết quả sẽ kém chính xác hơn.$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

Thông số kỹ thuật trong biểu dữ liệu cho biết V _GS = 10 V, nên không. Nó sẽ là C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Nhưng đây là một mức tối đa tuyệt đối.

Thay vì một giá trị điện dung duy nhất, họ chỉ định điện dung dưới dạng biểu đồ trên trang 3. Ý nghĩa của c _iss c _rss và c _oss được đưa ra trong tài liệu này hình 5. Tôi nghĩ rằng bạn quan tâm nhất về c _iss , khoảng 900 pF theo biểu đồ.

Tham khảo ghi chú ứng dụng Fairchild này về chuyển đổi MOSFET , ghi chú Infineon này về bằng khen , ghi chú IR này và kinh nghiệm của riêng tôi:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

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

Điện trở cổng MOSFET được thêm vào với bất kỳ điện trở bên ngoài nào bạn có để xác định dòng sạc. Trong trường hợp của bạn, vì bạn chỉ sạc đến 5V, nên bạn sẽ không phát huy tối đa khả năng hiện tại của trình điều khiển.

Việc xả cổng tương đối giống với việc sạc nó, cho đến khi các ngưỡng vẫn giữ nguyên. Nếu bật tắt là 4V và bạn sạc đến 5V, bạn có thể tưởng tượng rằng sẽ có một số bất đối xứng nhỏ trong thời gian bật so với thời gian tắt do bạn chỉ xả 1V để tắt so với 4V để bật

Theo nhận xét trước đó, khá phổ biến khi thấy các mạng điện trở và điốt trong các mạch ổ đĩa MOSFET để điều chỉnh dòng sạc bật và tắt.

tản điện trong khi bật và tắt

Bạn có thể nghĩ rằng bóng bán dẫn ngày càng nóng hơn trong những lần chuyển đổi đó có liên quan đến điện áp và dòng điện và điện dung bên trong của bóng bán dẫn.

Trong thực tế, miễn là bạn bật hoặc tắt công tắc đủ nhanh, các chi tiết bên trong của công tắc là không liên quan. Nếu bạn kéo công tắc ra khỏi mạch hoàn toàn, những thứ khác trong mạch chắc chắn có một số điện dung C ký sinh giữa hai nút mà công tắc bật và tắt. Khi bạn chèn một công tắc bất kỳ loại nào vào mạch đó, khi tắt công tắc, điện dung đó sẽ sạc tới một số điện áp V, lưu trữ CV ^ 2/2 watt năng lượng.

Bất kể đó là loại công tắc nào, khi bạn bật công tắc, tất cả CV ^ 2/2 watt năng lượng sẽ bị tiêu tan trong công tắc đó. (Nếu nó chuyển đổi thực sự chậm, thì có lẽ nhiều năng lượng hơn đã bị tiêu tan trong công tắc đó).

Để tính năng lượng tiêu tán trong công tắc mosfet của bạn, hãy tìm tổng điện dung bên ngoài mà nó được gắn vào (có lẽ hầu hết là ký sinh) và điện áp V mà các cực của công tắc sạc lên ngay trước khi bật công tắc. Năng lượng tiêu tan trong bất kỳ loại công tắc nào là

• E_turn_on = CV / 2

tại mỗi lượt bật.

Năng lượng tiêu tan trong các điện trở điều khiển cổng FET của bạn là

• E_gate = Q_g V

Ở đâu

• V = xoay điện áp cổng (từ mô tả của bạn, đó là 5 V)
• Q_g = lượng điện tích bạn đẩy qua chân cổng để bật hoặc tắt bóng bán dẫn (từ bảng dữ liệu FET, khoảng 10 nC ở 5 V)

Năng lượng E_gate tương tự bị tiêu tán trong khi bật và một lần nữa trong khi tắt.

Một phần năng lượng E_gate đó bị tiêu tán trong bóng bán dẫn và một phần năng lượng bị tiêu tan trong chip trình điều khiển FET - Tôi thường sử dụng một phân tích bi quan cho rằng tất cả năng lượng đó bị tiêu tán trong bóng bán dẫn, và tất cả năng lượng đó bị tiêu tán trong trình điều khiển FET.

Nếu công tắc của bạn tắt đủ nhanh, năng lượng tiêu tán trong khi tắt thường không đáng kể so với năng lượng tiêu tan trong khi bật. Bạn có thể đặt một trường hợp xấu nhất bị ràng buộc (đối với tải cảm ứng cao) của

• E_turn_off = IVt (trường hợp xấu nhất)

Ở đâu

• Tôi là dòng điện thông qua công tắc ngay trước khi tắt,
• V là điện áp trên công tắc ngay sau khi tắt và
• t là thời gian chuyển đổi từ bật sang tắt.

Sau đó, sức mạnh tiêu tan trong bào thai là

• P = P_switching + P_on

Ở đâu

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency là số lần mỗi giây mà bạn xoay vòng công tắc
• P_on = IRd = công suất tiêu tán trong khi bật công tắc
• Tôi là dòng trung bình khi bật công tắc,
• R là điện trở trạng thái của FET và
• d là một phần thời gian bật công tắc (sử dụng d = 0,999 cho các ước tính trong trường hợp xấu nhất).

Nhiều cầu H tận dụng diode cơ thể (thường là không mong muốn) làm diode flyback để bắt dòng flyback cảm ứng. Nếu bạn làm điều đó (thay vì sử dụng điốt bắt Schottky bên ngoài), bạn cũng sẽ cần phải thêm năng lượng tiêu tán trong diode đó.