Kéo đẩy BJT cho MOSFET

Tôi đang tìm cách để điều khiển MOSFET với các thành phần riêng biệt. Thật ra tôi cần phải lái một loạt MOSFET, với dòng điện 100-150A. Và tôi tự hỏi có thể không sử dụng IC lái xe, để kiểm soát nhiều hơn chức năng, ít phức tạp hơn, ít chi phí hơn.

Tôi đã thử nghiệm với các sắp xếp khác nhau, với điện trở và tụ điện. Tôi đang sử dụng máy hiện sóng để theo dõi tiếng chuông, thời gian tăng / giảm, v.v.

Vấn đề là ngay khi tôi giới thiệu điện trở, thời gian tăng / giảm trở nên rất cao.

Tín hiệu đầu vào có thời gian tăng / giảm chỉ khoảng ~ 8-10 ns. Chỉ sử dụng các BJT, tín hiệu dễ dàng được nhân đôi tại thời điểm tăng / giảm tương tự. Nhưng một khi điện dung cổng được giới thiệu, thời gian tăng / giảm sẽ cao hơn đáng kể, ví dụ 300-2000 ns.

Do đó, tôi đã thử nghiệm các phương pháp khác nhau để giảm thời gian tăng / giảm:

Phương pháp A: NPN + PNP (Theo dõi điện áp? Nguồn hiện tại từ Vcc?)

Tôi thực hiện các mạch sau, không nhận ra rằng điện áp cổng sẽ không bao giờ nhiều hơn điện áp tín hiệu đầu vào.

Tôi cần điện áp cổng phải lớn hơn 10V để giảm thiểu tối đa Rdson.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Phương pháp B: PNP + NPN

Tôi đã thử nghiệm với các điện trở và tụ điện khác nhau:

^{mô phỏng mạch này}

Nhưng tôi thấy rằng:

• Các tụ điện giảm vòng tăng, nhưng tăng đổ chuông và thời gian => loại bỏ
• Tất cả các điện trở ngoại trừ R2 và R3 có tác động bất lợi đến các đặc điểm tăng / giảm => bị loại bỏ
• Sử dụng chiết áp cho R2 và R3, tôi thấy rằng điện trở tốt nhất là R3 = 4k và R2 = 1,5k.
• Thời gian tăng 490ns, thời gian mùa thu 255ns.

Tôi hơi lo lắng rằng điện áp cổng không đủ thấp, ví dụ như có vẻ ở mức khoảng 400mV. Mặc dù mặt đất dường như được đọc ở 250mV, vì vậy có lẽ bánh mì chỉ là đồ nhảm nhí. Điện áp cổng phải thấp đến mức nào để ngăn chặn sự tích tụ nhiệt khi tín hiệu ở mức thấp (tắt) không đổi?

Tôi đang tự hỏi liệu tôi có thể làm gì khác để cải thiện hiệu suất không?

Cải thiện mạch:

^{mô phỏng mạch này}

Máy đo dao động:

Lưu ý: rõ ràng tín hiệu đầu vào đã được đảo ngược trên máy hiện sóng bằng cách cài đặt. Tôi sẽ cập nhật ảnh chụp màn hình sau ...

Ngoài ra, tôi đã bao gồm cơ sở của PNP trong các ảnh chụp màn hình sau. Nó được cho là trông như thế này? Có vẻ hơi sôi nổi.

Có vẻ như vấn đề là NPN vẫn được bật, do đó ngăn cổng sạc.

Các BJT của bạn đang ở trong cấu hình người theo dõi. Điều này có nghĩa là họ có thể cung cấp mức tăng hiện tại, nhưng không tăng điện áp. Trong thực tế, các bộ phát sẽ là một diode thả DƯỚI cơ sở cho các tín hiệu đi tích cực. Nếu bạn có tới 6V trên cổng, bạn phải có khoảng 6,7V trong bộ tạo tín hiệu.

Trang Wiki của BJT có các liên kết đến 3 hình thức khuếch đại phổ biến, giải thích thêm về các đặc điểm của bộ khuếch đại BJT.

Wiki của BJT

Mức tăng hiện tại là một điều tốt vì để sạc điện dung cổng của FET trong một khoảng thời gian ngắn, bạn cần dòng điện cực đại cao: I = C * dv / dt.

Một cách để có được sự thay đổi điện áp cao hơn là thêm bộ dịch chuyển mức BJT trước giai đoạn ổ đĩa cổng của bạn để dịch từ 5V sang 12V. Tất nhiên, một shifter cấp BJT một giai đoạn sẽ đảo ngược tín hiệu, nhưng thường thì bạn có thể xử lý điều đó ở nguồn tín hiệu.

Điện trở kéo lên sẽ phải đủ nhỏ về giá trị để bạn có được thời gian tăng chấp nhận được cho ứng dụng của mình. VCC sẽ là nguồn cung cấp 12V của bạn và điện trở cơ sở phải có kích thước để đảm bảo độ bão hòa với ổ 5V, dựa trên phiên bản beta của bóng bán dẫn. ! Y nên kết nối với các cơ sở của giai đoạn trình điều khiển cổng BJT của bạn.

Tuy nhiên, nếu mục tiêu của bạn là thời gian tăng và giảm nhanh từ FET và không tìm hiểu về các BJT, có lẽ bạn nên sử dụng IC điều khiển cổng thương mại. Tìm kiếm các lựa chọn từ IR / Infineon, Texas Cụ, Intersil hoặc Maxim.

Đây là một tùy chọn chi phí thấp từ TI:

UCC27517

Phiên bản đầu tiên - một người theo dõi trình phát kéo đẩy sẽ ổn nếu chỉ có mosfet tối đa có sẵn VGS = +4,3 V là đủ. Nên chèn điện trở kéo xuống khoảng 100 Ohm từ các bộ phát BJT sang GND để đảm bảo trạng thái tắt của mosfet, vì PNP không kéo xuống hiệu quả dưới +0,7 V. Ngoài ra, một vài điện trở giảm xóc Ohm được lắp vào thiết bị đầu cuối cổng mosfet sẽ ngăn chặn một số chuông gây ra bởi điện dung và điện cảm dây.

Phiên bản thứ hai của bạn có một phím tắt. Hãy suy nghĩ về tuyến đường hiện tại cơ sở Q2-> R3-> R2-> Q1 cơ sở.

Theo dõi Emitter không có độ bão hòa và do đó không tắt độ trễ do điện dung khuếch tán.

Như các câu trả lời khác đề xuất, sử dụng IC điều khiển cổng. Nó thực hiện công việc với điều chỉnh bằng 0 và có xác suất thấp hơn để hành xử không tưởng trong quá trình chuyển đổi điện áp hoạt động.

Phụ lục của người hỏi ý kiến ​​cho biết hiện tại là 100 A

100 amper Id trên trạng thái cần được chú ý nghiêm túc và thậm chí nhiều hơn nếu tốc độ chuyển đổi cao. Thực hiện kiểm tra bằng cách lái cổng từ một máy phát tín hiệu sóng vuông 50 Ohm Zout thông thường. Sử dụng tần số chuyển đổi thấp và bắt đầu với tín hiệu đơn cực hơn + 6V để đảm bảo an toàn. Máy tạo dao động trong Vss cho một ý tưởng về mức độ lớn cần thiết để tiêm và loại bỏ các chuyển đổi trạng thái trong thời gian chuyển tiếp mong muốn. Điều đó xác định ổ đĩa hiện tại muốn. Máy hiện sóng trong Vds cho thấy các VSS cần thiết.

Các phép đo được mô tả là tầng hầm để thiết kế trình điều khiển đủ khả năng.

Những người khác đã đề xuất trình điều khiển MOS MOS IC. Âm thanh như bạn thực sự muốn làm một trình điều khiển rời rạc.

Đây là một mạch và về cơ bản đó là những gì bên trong IC điều khiển. Điều này dẫn đến việc chuyển đổi 100 Ampe với thời gian chuyển tiếp khoảng 100 ns để giữ mức tiêu thụ năng lượng MOSFET ở mức tối thiểu.

Q1 là một bộ dịch mức đảo ngược đơn giản để có được tín hiệu xoay đến 12 Volts. M2 và M3 tạo thành một trình điều khiển kéo đẩy MOSFET. R4 và R5 có mặt để hạn chế dòng bắn qua để ngăn thiệt hại cho M2 và M3 vì khi cổng của chúng chuyển đổi giữa 0 và 12V, cả hai sẽ bật trong một khoảng thời gian nhỏ.

Nếu không có R4 và R5, dòng bắn qua sẽ vượt quá xếp hạng dòng chảy tối đa của chúng. Trong một IC thực tế, M2 và M3 sẽ có kích thước đủ nhỏ để có các đường nối đủ cao thay vì đặt các điện trở thực.

Ngoài ra, M2 / M3 thực hiện đảo ngược để trở lại logic thông thường. Cuối cùng, M3 đóng vai trò là trình điều khiển dòng điện cao để xử lý dòng điện 100 Amp.

Lưu ý rằng có khoảng 2 chúng tôi trì hoãn trong việc tắt M1. Nếu bạn không chuyển đổi tải của mình ở tần số cao, thì 2us này sẽ không có gì đáng lo ngại.

Tôi chắc chắn sẽ không khuyên bạn nên sử dụng những phần này; Tôi chỉ chọn những thứ này từ bất cứ thứ gì LTspice có. Ví dụ, M1 bị giới hạn ở 35A liên tục, vì vậy hãy thay thế các bộ phận này bằng thứ gì đó phù hợp với thiết kế của bạn và chạy lại mô phỏng. Sau đó thử nghiệm trong nguyên mẫu của bạn để xác nhận hiệu suất. Dù sao, mạch này có thể là một điểm khởi đầu tốt cho bạn.

Chuyển 100 amps nhanh chóng là nguy hiểm, nếu không phải là bạn thì đến vòng đời của mạch.

Giả sử 4 "dây, ở đâu đó. Đó là khoảng 0,1uH. Tôi rất vui khi giả sử 1 mét dây là 1 cuộn cảm microHenry, bởi vì tôi có thể chạy một số tính toán cảnh báo ngược và tránh thiệt hại lớn.

Cho phép tắt 100 amps trong 10 nano giây. Với độ tự cảm 0,1uH trong nguồn hoặc trong cống. Chuyện gì xảy ra

Nếu trong cống, bạn vừa xóa sạch Power MOSFET.

Nếu trong nguồn, bạn có thể sẽ có hành vi phản hồi tiêu cực ngăn chặn việc tắt trong nhiều nano giây. Cá nhân tôi đã thấy điều này xảy ra, với các bài kiểm tra dài trong trình điều khiển 9amp.

Có các IC trình điều khiển chuyển đổi cấp chỉ dành cho mục đích như vậy, ví dụ DS0026 hoặc MC34151 .

Chúng có đầu vào tương thích với TTL / CMOS và có thời gian tăng giảm nhanh và có thể điều khiển dòng điện khá cao; tất cả các tính năng cần thiết để bật và tắt MOSFET nhanh chóng.

<tại sao 0-6v?

Bộ phát của Q2 là 0,7v so với cơ sở của Q2, là 0-5v. Đó là câu trả lời của bạn.