Làm thế nào để giảm độ trễ tắt MOSFET

Tiêu đề nói lên tất cả trong các ứng dụng chuyển đổi tín hiệu - bên cạnh việc chọn một thiết bị khác, làm cách nào tôi có thể giảm độ trễ tắt của MOSFET (kênh N)? Có cái gì đó tương tự như Kẹp Baker được sử dụng cho BJT không?

Một cổng MOSFE và trình điều khiển trông giống như thế này:

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

$C_G$ chủ yếu là điện dung cổng của chính MOSFET. Trình điều khiển có thể thêm một số điện dung của riêng mình, nhưng nó thường không đáng kể.

R $L_G$ và chủ yếu đến từ mạch điều khiển cổng. Các khách hàng tiềm năng của MOSFET cũng đóng góp, nhưng ở mức độ thấp hơn.$R_G$

L G C G V G $R_G$ cũng được thêm vào một cách rõ ràng trong một số mạch trình điều khiển để làm giảm sự cộng hưởng của và . Nếu không có giảm xóc này, việc đổ chuông có thể dẫn đến điện áp tại cổng của M1 thực hiện các chuyến du ngoạn thoáng qua vượt quá điện áp do cung cấp , đôi khi vượt quá mức tối đa được chỉ định bởi MOSFET và làm hỏng cổng.$L_G$$C_G$$V_{GS}$

Để có thời gian chuyển đổi nhanh nhất có thể, bạn muốn tất cả những thứ này càng ít càng tốt.

Giảm thiểu khá đơn giản. Không thêm bất kỳ lực cản nào hơn mức yêu cầu và không làm cho vết PCB quá mỏng. Bạn cũng muốn trình điều khiển càng gần MOSFET càng tốt, và bạn muốn nó là thứ gì đó có khả năng chìm và tìm nguồn cung cấp cao. Cách đơn giản nhất để làm điều đó có thể là thêm một cặp người theo dõi đẩy đẩy BJT:$R_G$

^{mô phỏng mạch này}

Đối với một ví dụ phức tạp hơn, hãy xem lái xe phía thấp của cầu mosfet với 3,3V . Tất nhiên, cũng có giải pháp tích hợp.

Nếu điều quan trọng là tắt nhanh hơn bật nhanh (phổ biến trong các ứng dụng cầu H), thì D1 có thể được thêm vào để bỏ qua trong khi tắt, trong khi vẫn giữ được nhiều khả năng giảm xóc.$R_G$

Để giảm thiểu , hãy chú ý không chỉ độ dài của dấu vết cổng, mà cả đường dẫn trở về từ nguồn trở về trình điều khiển cổng. Hãy nhớ rằng, dòng sạc cổng phải chảy qua cổng và nguồn, và quay lại trình điều khiển. Độ tự cảm của vòng lặp này tỷ lệ thuận với diện tích nó bao quanh và ở tần số cao, độ tự cảm này sẽ giới hạn tốc độ chuyển đổi nhiều hơn so với điện trở . Thực hành bố trí phổ biến là để có một mặt phẳng vững chắc dưới MOSFET và trình điều khiển, với dấu vết cổng càng ngắn càng tốt chạy qua đây. Nơi bạn cần kết nối các lớp với vias, bao gồm một số, nếu có thể, để giảm thiểu độ tự cảm hiệu quả của chúng.R $L_G$$R_G$

Cũng nhớ rằng và bao gồm trở kháng nguồn điện. Hãy chắc chắn rằng trình điều khiển cổng được cung cấp đầy đủ với các tụ tách rời nguồn cung cấp điện. Sử dụng một số, song song, để tối đa hóa điện dung và giảm thiểu độ tự cảm.R $L_G$$R_G$

R D S ( o n $C_G$ không thể được giảm trực tiếp, ngoại trừ bằng cách chọn một MOSFET khác. Các MOSFET đắt tiền hơn có thể cung cấp điện dung cổng ít hơn cho hoặc khả năng xử lý hiện tại tối đa. Ngoài ra, không sử dụng MOSFET với khả năng xử lý hiện tại nhiều hơn mức cần thiết; bạn sẽ trả tiền cho nó trong điện dung cổng tăng.$R_{DS(on)}$

Hầu hết các thiết kế trình điều khiển cổng cũng có thể được hưởng lợi từ việc lái cổng đến điện áp âm . Bằng cách áp dụng điện áp cao hơn cho và , dòng điện sẽ trở nên lớn hơn, nhanh hơn, dẫn đến và do đó tắt nhanh hơn. Ngoài ra, hãy nhớ rằng bạn tạo , bạn có thể chuyển đổi càng nhanh, nhưng tiếng chuông sẽ tệ hơn.R G d $L_G$$R_G$ d$\frac{di}{dt}$$\frac{di}{dt}$

Ngoài ra, hãy nhớ rằng nếu bạn thành công trong việc tắt tắt rất nhanh, bạn có thể va vào giới hạn của MOSFET . Khi điện áp nguồn thoát tăng, điện dung của cửa xả và thân cống phải được sạc và điều này có nghĩa là trình điều khiển cổng phải chìm dòng sạc đó. Nếu không thể, thì điện áp cổng có thể tăng đủ để bật lại MOSFET và tùy thuộc vào mạch của bạn, điều gì đó xấu có thể xảy ra. Thông thường, điều này có nghĩa là bắn xuyên qua cầu H.$\frac{dv}{dt}$

từ Bộ chỉnh lưu quốc tế - Khái niệm cơ bản về MOS MOS công suất

Đây là một lý do khác để bao gồm D1 nếu bạn cố tình thêm .$R_G$

Khái niệm kẹp thợ làm bánh cũng có thể được áp dụng cho MOSFET, đơn giản bằng cách không điều khiển cổng tới điện áp cao hơn mức cần thiết. Tuy nhiên, không giống như các BJT, MOSFE trải qua khi tăng, do đó, có một số giá trị khi tăng trên ngưỡng bật. V G S V G $R_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

một ví dụ, cho 2N7000

Bạn sẽ phải tính toán giới hạn nhiệt của mình để xem liệu bạn có thể đạt được điều gì ở đây không, nhưng tôi sẽ nói nếu đủ thấp để bạn không cần lái cổng rất cao, bạn sẽ có hiệu suất tốt hơn bằng cách chọn một MOSFET khác với điện dung cổng tổng thể thấp hơn và . Điều này là do phần lớn điện tích bạn phải di chuyển, và do đó thời gian bạn phải chờ để bật hoặc tắt, được sử dụng khi điện áp cổng vượt qua điện áp ngưỡng : R D S ( o n ) V t $R_{DS}$$R_{DS(on)}$$V_{th}$

2N7000 một lần nữa. Phần phẳng ở giữa là tại .$V_{th}$

Việc tăng điện áp cổng trên sẽ mất ít điện tích, nhưng bạn có thể nhận được mức giảm đáng kể trong . R D $V_{th}$$R_{DS}$

Không cố gắng cạnh tranh với câu trả lời của Phil, vì nó thực sự tốt. Nhưng, một vài điều cần suy nghĩ.

Bạn không đề cập đến loại phần nào bạn đang sử dụng, nhưng nếu bạn thực sự cần giảm độ trễ tắt, bạn có thể cần phải sử dụng phần gắn trên bề mặt. Ví dụ, một phần trong TO-220 sẽ được tích hợp trong gói 7nH độ tự cảm và tối đa 10 Ohms điện trở cổng mà bạn không thể làm gì được. Trong khi một bộ phận gắn trên bề mặt sẽ có độ tự cảm 3nH và điện trở cổng 3 Ohms, có thể được chuyển đổi nhanh hơn rất nhiều.

Khi rút điện ra khỏi cổng nhanh hơn, bạn có thể xem xét thêm một bóng bán dẫn kéo xuống tại cổng của FET. Một cái gì đó như thế này:

Transitor Q5 hoạt động như một cuộn cảm thấp cục bộ kéo xuống phân chia bất kỳ điện trở mạch cổng ngược dòng nào bằng bóng bán dẫn . Đây là loại giống như ý tưởng của Phil về việc sử dụng diode, ngoại trừ bạn có được lợi ích của việc đạt được. $\beta$

Nếu bạn muốn hướng dẫn định lượng để tìm ra điện trở cổng tối thiểu nên được sử dụng, bạn có thể xem bài viết này .

Có một số điều bạn có thể làm để tăng tốc độ tắt cho MOSFET.

1) Sử dụng trình điều khiển cổng trở kháng thấp hơn có khả năng xả điện dung cổng nhanh hơn.

2) Nếu bạn có một điện trở nối tiếp từ trình điều khiển cổng đến cổng, hãy thử giảm giá trị của điện trở này một số.

3) Nếu có một điện trở nối tiếp với cổng từ trình điều khiển, hãy thử đặt một tụ điện trên điện trở loạt này. Điều này có thể tăng tốc độ tắt FET với điều kiện trình điều khiển có trở kháng đủ thấp và hằng số thời gian R / C của cặp điện trở / tụ điện cho phép tụ điện được xả trước khi bật tắt.

4) Thử thiên vị trình điều khiển cổng cho FET để cổng xoay một lượng nhỏ dưới điện áp nguồn trong và sau khi tắt cổng. Nếu nguồn ở GND thì hãy thử lấy cổng vài trăm mili giây dưới GND.

Ngoài những gì Michael Karas nói, không có điểm nào trong việc áp dụng điện áp cổng nhiều hơn những gì bạn cần. Điều này, theo cách vòng vo là những gì người làm bánh kẹp làm cho một BJT.

Vì vậy, bạn thấy rằng để bật FET đầy đủ, bạn cần (giả sử) 5V nhưng bạn áp dụng 10V - 5 trong số các vôn đó phải được "xả" trước khi FET bắt đầu giai đoạn tắt.

Thật dễ dàng với một BJT để tự động hóa điều này bằng điốt nhưng nếu bạn có thể chọn chính xác mức điện áp cổng bạn cần áp dụng (phụ thuộc bảng mạch) và tính đến nhiệt độ và những thứ khác (điều đó có nghĩa là bạn cần một volt hoặc hai ), sau đó bạn có thể tiết kiệm một vài nano giây.