Scelta di un driver per MOSFET (esempio di calcolo per parametri)

Il controllo del cancello FET è un aspetto importante nello sviluppo di qualsiasi dispositivo elettronico moderno. Ad esempio, quando in un convertitore di impulsi viene utilizzato solo l'interruttore di alimentazione inferiore e viene presa la decisione di utilizzare un singolo driver sotto forma di un microcircuito specializzato, è necessario risolvere il problema di selezionare un driver adatto in modo che possa soddisfare le seguenti condizioni.

Innanzitutto, il conducente dovrà fornire l'apertura e la chiusura affidabili della chiave selezionata. In secondo luogo, è necessario soddisfare i requisiti per una durata adeguata dei bordi di entrata e di uscita durante la commutazione. In terzo luogo, il driver stesso non deve essere sovraccaricato mentre si lavora nel circuito.

In questa fase, è consigliabile iniziare analizzando i dati della documentazione per il transistor ad effetto di campo e da essi determinare quali dovrebbero essere le caratteristiche del driver. Dopodiché, resta da scegliere un chip driver specifico tra quelli offerti sul mercato.

L'ampiezza della tensione di controllo è di 12 volt

Nel foglio dati sul transistor ad effetto di campo c'è un parametro Vgs (th) - questa è la tensione minima tra il gate e la sorgente, alla quale il transistor inizierà già ad aprirsi lentamente. Di solito il suo valore è entro 4 volt.

Inoltre, quando la tensione al gate sale a circa 6 volt, si manifesterà sicuramente un fenomeno come l'altopiano di Miller, consistente nel fatto che durante l'apertura del transistor, a causa dell'influenza indotta della tensione incidente sul drain, la capacità del gate-source è temporaneamente come se aumenterà e sebbene l'otturatore continuerà a ricevere carica dal driver, la tensione su di essa relativa alla sorgente non aumenterà ulteriormente per qualche tempo.

Tuttavia, dopo aver superato l'altopiano di Miller, la tensione di gate continua ad aumentare linearmente e la corrente di drain raggiunge il suo massimo linearmente nel tempo per il momento in cui la tensione di gate è di circa 7-8 volt.

Poiché il processo di carica di qualsiasi capacità procede in modo esponenziale, cioè alla fine rallenta sempre, quindi per una carica dell'otturatore più veloce, in modo da non ritardare il processo di apertura del transistor, la tensione di uscita del driver Uupr è considerata di 12 volt. Quindi 7-8 volt - questo sarà solo il 63% dell'ampiezza, a cui la tensione crescerà quasi linearmente per un tempo pari a 3 * R * Ciss, dove Ciss è la capacità di gate corrente e R è la resistenza nella sezione gate-source.

Carica gate completa Qg

Quando viene selezionata la tensione del driver, viene presa in considerazione la carica di gate totale Qg. Questo è un luogo di compromesso tra la corrente di picco del driver Imax e il tempo di apertura del transistor Tvcl. In primo luogo, riconoscono la carica completa Qg del gate, che il conducente dovrà trasferire al gate all'inizio di ciascun ciclo operativo della chiave e alla fine di ogni ciclo, rimuoverlo dall'otturatore.

Troveremo la piena carica dell'otturatore secondo il grafico del foglio dati, dove a seconda della tensione che inizialmente era considerata in scarico, Qg a 12 volt Uupr sarà diverso.

Quanto tempo deve essere completamente carico dell'otturatore: ciò dipende in realtà da quanto tempo impiega ad aprire la parte anteriore del transistor di potenza o da quale driver è disponibile. Il driver selezionato dovrà disporre delle opzioni appropriate Tempo di salita e Tempo di caduta.

Ma dal momento che abbiamo deciso che avremmo scelto il driver principalmente in base alle esigenze del circuito sviluppato, inizieremo il calcolo esattamente dal momento in cui il transistor dovrà aprirsi (o chiudersi) completamente. Dividiamo la carica del gate Qg per il valore del tempo richiesto per aprire (o chiudere) la chiave T on (off) - otteniamo la corrente media che esce dal driver che passa attraverso il gate:

Iav = Qg / Tincl.

Driver corrente di picco Imax

Poiché, nel suo insieme, il processo di carica dell'otturatore procede in modo quasi uniforme, possiamo supporre che la corrente di uscita del driver diminuirà quasi a zero quando l'otturatore è completamente carico (fino alla tensione Uupr). Pertanto, supponiamo che la corrente di picco del driver Imax sia pari al doppio del valore medio corrente: Imax = Iav * 2, quindi il driver sicuramente non si esaurirà dal sovraccarico sulla corrente di uscita. Di conseguenza, selezioniamo il driver in base a Imax e Upr.

Se il driver è già a nostra disposizione e Imax è più della corrente di picco del driver. Dividiamo semplicemente l'ampiezza della tensione di controllo Uupr per il valore del driver Imax di corrente massima.

Secondo la legge di Ohm, otteniamo il valore della resistenza minima che devi avere nel circuito del gate per limitare la corrente di carica del gate alla corrente di picco dichiarata nella scheda tecnica per il driver esistente:

Rgate = driver Upr / Imax

Nel foglio dati viene talvolta indicato il valore Rg: la resistenza della sezione gate-source. È importante tenerne conto e, se questo valore è sufficiente, non è necessario un resistore esterno. Se è necessario limitare ulteriormente la corrente, è necessario aggiungere anche una resistenza esterna. Quando viene aggiunta una resistenza esterna, ciò influirà sul tempo di apertura della chiave.

Il parametro aumentato R * Ciss non dovrebbe comportare il superamento della durata desiderata del bordo anteriore, pertanto è necessario calcolare questo parametro.

Per quanto riguarda il processo di blocco della chiave, qui i calcoli vengono eseguiti in modo simile. Se, tuttavia, è necessario che le durate dei bordi di entrata e di uscita degli impulsi di controllo differiscano l'una dall'altra, è possibile mettere catene RD separate sulla carica e sullo scarico dell'otturatore per ottenere costanti di tempo differenti per l'inizio e per il completamento di ciascun ciclo di lavoro. Ancora una volta, è importante ricordare che il driver selezionato dovrà avere i parametri di Rise Time e Fall Time minimi appropriati, che devono essere inferiori a quelli richiesti.

Comments

[#1 Menchish romano]

Grazie mille per la chiara descrizione del processo.