Làm thế nào để thiết kế giá trị điện trở cổng?

Điều này là biểu dữ liệu của IC trình điều khiển tôi đang làm việc (LM5112).

Sau đây là sơ đồ ứng dụng của mô-đun.

Về cơ bản, đây là mạch trình điều khiển GATE cho MOSFET với tín hiệu PDM làm đầu vào. Tôi đang tìm cách tính giá trị của điện trở đầu vào MOSFET (R3)?

Điện áp đầu vào MOSFET (VDS) = 10V Công suất đầu ra yêu cầu là 200W.

Câu hỏi:

1) Làm thế nào để tính toán điện trở đầu vào MOSFET?

2) Các yếu tố ảnh hưởng đến tính toán điện trở đầu vào MOSFET là gì?

3) Giá trị điện trở tối đa, tối thiểu có thể có và hiệu ứng trong mạch sẽ là bao nhiêu nếu giá trị điện trở bị thay đổi (Tăng hay giảm)?

Xin vui lòng cho tôi biết nếu cần thêm thông tin.

Nếu bạn đã chọn trình điều khiển này, có dòng đầu ra rất lớn (7A) thì tôi cho rằng bạn cần dòng ổ đĩa cổng này để chuyển đổi một FET rất lớn rất nhanh.

Điện trở cổng sẽ chỉ làm chậm mọi thứ bằng cách giảm dòng ổ cổng, vì vậy giá trị tối ưu của nó là 0 ohms. Giá trị tối đa của nó phụ thuộc vào tổn thất chuyển đổi chấp nhận được (chuyển đổi chậm hơn gây ra tổn thất chuyển đổi nhiều hơn).

Các điện trở cổng vẫn có thể có sử dụng mặc dù:

• Làm chậm việc chuyển đổi để giảm EMI. Nhưng trong trường hợp này, bạn cũng có thể sử dụng trình điều khiển yếu hơn (rẻ hơn).
• Giảm đột biến hiện tại rút ra từ nguồn cung cấp trong khi bật MOSFET. Nếu việc tách rời cục bộ không đủ tốt, dòng điện này có thể làm cho VCC bị chùng xuống, kích hoạt UVLO của chip. May mắn là sơ đồ chân của chip giúp dễ dàng đạt được mức độ tự cảm thấp.
• Trong trường hợp bố trí là tối ưu với dấu vết cổng dài. Điều này bổ sung độ tự cảm trong cổng có thể làm cho MOSFET bị thẩm thấu. Một điện trở sẽ làm giảm các dao động, với chi phí chuyển đổi chậm hơn. Đây là một chút của một hỗ trợ ban nhạc, bố trí chặt chẽ là tốt hơn.

Tôi sẽ khuyên bạn nên đặt một dấu chân điện trở trong trường hợp, và bắt đầu với một bước nhảy 0R.

Hiểu về cổng của một MOSFET

MOSFE là thiết bị đáng chú ý mang lại nhiều lợi ích khi lái các tải khác nhau. Thực tế là chúng được điều khiển bằng điện áp và khi bật, chúng có điện trở rất thấp khiến chúng trở thành thiết bị được lựa chọn cho nhiều ứng dụng.

Tuy nhiên, làm thế nào cổng thực sự hoạt động có lẽ là một trong những đặc điểm ít được hiểu nhất đối với nhiều người sẽ là nhà thiết kế.

Hãy nhìn vào mạch MOSFET điển hình của bạn.

LƯU Ý: Tôi sẽ chỉ minh họa các thiết bị N-Channel tại đây, nhưng Kênh P hoạt động theo cùng một cơ chế.

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

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

^{mô phỏng mạch này}

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

Để làm phức tạp vấn đề hơn nữa, những công suất đó không phải là hằng số và thay đổi tùy thuộc vào điện áp được áp dụng. Một ví dụ điển hình được hiển thị dưới đây.

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

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

$R_{GATE}$$R_g$

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

GHI CHÚ: Có thể sử dụng hai điện trở cổng, với các điốt liên quan nếu giới hạn nguồn và mức chìm khác nhau trong trình điều khiển hoặc cần phải làm sắc nét bật hoặc tắt các cạnh.

Thời gian là tất cả

Ok, vì vậy bây giờ có lẽ bạn có thể thấy tại sao điện trở cổng là quan trọng. Tuy nhiên, bây giờ bạn cần hiểu ý nghĩa của việc có cổng kháng cự đó và điều gì xảy ra nếu nó quá lớn.

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

Hãy để chúng tôi phân tích mạch đơn giản này.

Ở đây tôi đã chọn một MOSFET điển hình có điện trở đầu vào khoảng 2,5 ohms. Với cống rút ngắn xuống đất như được hiển thị ở trên, các dấu vết sau đây có thể được vẽ ở cạnh nổi của các nang.

$R_{Gate}$

Các cạnh rơi của xung, không đáng ngạc nhiên, tương tự.

Được rồi, hãy đặt một điện áp nhỏ, 1V, vào cổng, với điện trở tải 1 Ohm.

Có ba điều bạn cần lưu ý trong các dấu vết trên.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Nếu bạn có mắt đại bàng, bạn cũng có thể nhận thấy độ lệch nhẹ trong I (R_GATE) khi bật MOSFET.

Ok bây giờ hãy để tôi chỉ cho bạn một điện áp thực tế hơn với 10V và 10 Ohms khi tải.

$V_{gs}$ . Điều gì gây ra điều đó?

When $V_{GS}$ reaches the turn-on threshold, the device begins to conduct and this causes $C_{GD}$ to begin to discharge though the device itself. This effectively "sucks" more current through the gate which significantly reduces the rate at which the gate voltage can rise. As it does slowly rise, the device turns on a little more, discharging $C_{GD}$ a little faster, and so on till eventually $C_{GD}$ is discharged down to the same level as $C_{GS}$. After that the combination charges as normal, and $V_{GS}$ exponentially rises to the target value again.

Tại thời điểm này, một cái gì đó đã trở nên rõ ràng với bạn. Đó là...

Độ trễ bật đang thay đổi với điện áp tải!

$C_{GD}$

Cho phép tăng tốc tối đa cho thiết bị này có thể xử lý, 300V, vẫn với tải 1A.

Chú ý chỗ phẳng bây giờ RẤT dài. Thiết bị vẫn ở chế độ tuyến tính và mất nhiều thời gian hơn để bật hoàn toàn. Trong thực tế, tôi đã phải mở rộng cơ sở thời gian trong hình ảnh này. Hiện tại cổng được duy trì trong khoảng 6uS.

Nhìn vào thời gian tắt nó thậm chí còn tồi tệ hơn trong ví dụ này.

$C_{GD}$

Điều này có nghĩa là nếu bạn đang điều chỉnh công suất theo tải, tần số mà bạn có thể điều khiển nó phụ thuộc rất nhiều vào điện áp bạn đang chuyển đổi.

Loại công việc nào ở 100Khz ở 10V ... với dòng cổng trung bình khoảng 400mA ...

Không có hy vọng ở 300V.

Ở các tần số này, năng lượng tiêu tán trong MOSFET, điện trở cổng và trình điều khiển có thể sẽ đủ để phá hủy chúng.

Phần kết luận

Khác với việc sử dụng tần số thấp đơn giản, các MOSFET tinh chỉnh để hoạt động ở điện áp và tần số cao hơn đòi hỏi một sự phát triển cẩn thận đáng kể để trích xuất các đặc điểm bạn có thể yêu cầu. Bạn càng lên cao, trình điều khiển MOSFET càng cần mạnh mẽ để bạn có thể sử dụng càng ít cổng kháng cự càng tốt.