ฉันจะลดเวลาสลับของ MOSFET ได้อย่างไร

ฉันมี NMOS ที่เปลี่ยนเร็วเกินไปสำหรับแอปพลิเคชันของฉัน เข้าประตูที่ฉันกำลังส่งคลื่นสี่เหลี่ยมระดับตรรกะ (PWM) น่าเสียดายสำหรับฉันตามที่คาดเอาท์พุทก็เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมใกล้

ฉันจะทำให้ Vout เป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมูมากกว่านี้ได้อย่างไร หรือกล่าวอีกวิธีหนึ่งการปรับเปลี่ยนที่ง่ายที่สุดที่ฉันสามารถทำได้เพื่อลดอัตราการฆ่าที่เอาต์พุตคืออะไร

หมายเหตุ: (Vin) คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่เกตของ NMOS & (Vout) คือแรงดันไฟฟ้าที่เห็นที่ท่อระบายน้ำของ NMOS

การควบคุมเพียงอย่างเดียวที่คุณมีต่อความต้านทานของ FET คือแรงดันเกต - แหล่งที่มา คุณต้องชะลอการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้านั้น วิธีที่ใช้กันมากที่สุดคือ RC filter ที่ทางเข้า ใส่ตัวต้านทานระหว่างแหล่งไดรฟ์ของคุณกับเกทอุปกรณ์และความจุกาฝากของเกตจะสร้างตัวกรอง RC ตัวต้านทานที่ใหญ่กว่ายิ่งเปิดและปิดเครื่องช้าลง

หากตัวต้านทานมีขนาดใหญ่เกินไปคุณสามารถมีปัญหาเรื่องเสียงรบกวน (ทริกเกตเกตและสิ่งอื่น ๆ ) ดังนั้นให้ผ่านค่าตัวต้านทานบางตัว (อาจอยู่ในช่วง 10k-100k) คุณจะดีกว่าการเพิ่มประตูตัวเก็บประจุเพื่อชะลอการเปลี่ยน ลงไปอีก

ตามกฎทั่วไปฉันมักจะใส่ตัวกรอง RC พร้อมตัวต้านทานแบบเลื่อนลงที่ FET ทั้งหมด สิ่งนี้ช่วยให้สามารถควบคุมการเพิ่มขึ้นของเวลาและให้ภูมิคุ้มกันเสียงที่ดีขึ้น

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

โปรดทราบว่าเมื่อใดก็ตามที่ FET ของคุณใช้จ่ายไม่เต็ม "เปิด" หรือ "ปิด" จะเห็นการสูญเสียเพิ่มขึ้น หากเปิดอยู่อุปกรณ์จะมีแรงดันไฟฟ้าต่ำมาก หากปิดอยู่อุปกรณ์จะไม่มีกระแสผ่าน ทั้งสองวิธีการสูญเสียต่ำ แต่ถ้าคุณอยู่ในระหว่างนั้นอุปกรณ์จะเห็นทั้งแรงดันและกระแสหมายความว่าการกระจายพลังงานนั้นยิ่งใหญ่กว่าในช่วงเวลานั้น ยิ่งคุณเปลี่ยนช้าลงเท่าไหร่การสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อถึงจุดใดมันจะกลายเป็นปัญหาขึ้นอยู่กับ FET แหล่งที่มาและความถี่การสลับ

เวลามิลเลอร์ไม่เพียงพอหรือไม่ เพียงแค่ขยาย

Spehro มีแนวทางที่ถูกต้องที่นี่ ฉันจะขี่เสื้อคลุมของเขาและขยายความคิดเล็ก ๆ น้อย ๆ เพราะมันเป็นความคิดที่ดีสำหรับสิ่งนี้

$C_{\text{dg}}$มีความพิเศษใน FET เพราะให้ผลตอบรับเชิงลบต่อเกท ส่วนหนึ่งของความหมายคือมันได้รับการคูณด้วยการแปลงสภาพ ($g_{\text{fs}}$) ของ FET ดังนั้นจึงมีผลกระทบที่ใหญ่กว่าขนาดที่จะทำให้คุณเชื่อ แต่เราจะลืม$C_{\text{dg}}$ ในตอนนี้และเพิ่มตัวเก็บประจุภายนอกจากท่อระบายน้ำไปที่ประตูแทน$C_{\text{fb}}$) เพราะถ้าคุณต้องการชะลอเวลาการเพิ่มขึ้นและลดลงของ FET นั่นคือสิ่งที่คุณจะทำ นี่คือแผนผังเพื่อช่วยอธิบาย:

เช่น $V_{\text{drv}}$ เพิ่มขึ้นและ $V_{\text{ds}}$ ตกคุณอาจจะเห็นว่า $R_g$, $R_L$, $g_{\text{fs}}$และ $C_{\text{fb}}$ ทุกคนมีส่วนร่วมในการ จำกัด มูลค่าของ $V_{\text{gs}}$. ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนสัญญาณขนาดเล็กของ$V_{\text{ds}}$ เกี่ยวข้องกับ $V_{\text{drv}}$ คือ:

$-\frac{R_L}{s C_{\text{fb}} \left(g_{\text{fs}} R_g R_L+R_g+R_L\right)+1}$

และ, $R_g$, $R_L$, $g_{\text{fs}}$และ $C_{\text{fb}}$มีส่วนร่วมในการสร้างเสา (หมายเหตุความจุ FET ทั้งหมดนั้นถูกปล่อยไว้ที่นี่เพื่อความชัดเจน)

หากต้องการแสดงให้เห็นว่ามันทำงานอย่างไรให้ใส่ค่าบางอย่างลงในโมเดลที่ง่ายมาก $R_g$ = 1,000 โอห์ม $R_L$ = 2 โอห์ม $V_{\text{drv-pk}}$ = 5V $V_{\text{cc}}$ = 10V $g_{\text{fs}}$ = 5 S.

นี่คือพล็อตของ $V_{\text{ds}}$ ในแอปพลิเคชันของ $V_{\text{drv-pk}}$.

เส้นโค้งสีน้ำเงินคือ $C_{\text{fb}}$ = 100pF และเส้นโค้งสีม่วงคือ $C_{\text{fb}}$= 1,000pF แน่นอนการสูญเสียการเปลี่ยนจะมีขนาดใหญ่และสูง ควรกล่าวถึงด้วยว่าการเพิ่มตัวเก็บประจุแบบป้อนกลับแบบมิลเลอร์เช่นนี้จะทำให้วงจรไวต่อการเปิด dV / dt มากขึ้น

คุณสามารถเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมเข้ากับเกตได้ มักจะทำเพื่อชะลอเวลาการตกเพื่อลด EMI หรือป้องกันการโอเวอร์โหลดมากเกินไป เห็นได้ชัดว่านี่เป็นการเพิ่มการสูญเสียการสลับ (แต่ไม่ใช่การสูญเสียการนำ) ดังนั้นจึงมีการแลกเปลี่ยน เช่นเดียวกับที่ทำให้การสลับช้าลงก็จะเพิ่มเวลาหน่วงดังนั้นโปรดระลึกไว้เสมอว่าหากมีโอกาสเกิดปัญหาการนำไฟฟ้าข้ามหรือปัญหาที่คล้ายกัน

ความชันที่คุณได้รับสำหรับค่าตัวต้านทานประตูที่กำหนดจะขึ้นอยู่กับความจุจากเกตไปยังแหล่งจ่ายและเกตเพื่อระบายน้ำรวมถึงค่า Vcc ในขณะที่ MOSFET กำลังสลับตัวต้านทานจะจ่ายกระแสให้ประจุ$C_{GS}$ รวมถึงกระแสที่จะชาร์จ $C_{DG}$ระหว่าง Vcc และ 0 จำนวนประจุทั้งหมดมักจะถูกระบุไว้ในแผ่นข้อมูล (ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด) เป็นค่าใช้จ่ายเกต (วัดเป็นหน่วยนาโน) เพราะความจุของมิลเลอร์ ($C_{DG}$) ลักษณะของการโหลดเข้ามาเล่นเช่นกัน

MOSFET ของคุณมีสภาพการทำงานอย่างไร?

เมื่อใช้เป็นสวิตช์ MOSFET จะใช้เวลาส่วนใหญ่ในสองสถานะ:

• ถูกบล็อก: สูง $V_{\text{ds}}$ แรงดันไฟฟ้า, ไม่มีกระแส -> ไม่มีกำลังงานลดลง
• การนำ: ต่ำมาก $V_{\text{ds}}$ แรงดันไฟฟ้า ($I_{\text{d}} \times R_{\text{ds_on}}$) กระแสสูง ($I_{\text{d}}$) -> กำลังงานกระจายขนาดเล็ก ($R_{\text{ds_on}} \times I_{\text{d}}^2$)

MOSFET อยู่ในสถานะที่สามในช่วงเวลาที่น้อยมาก และสถานะที่สามนี้คือเมื่อมีการดำเนินการเล็กน้อย: - ไม่เล็กน้อย$V_{\text{ds}}$ แรงดันไฟฟ้า, ไม่เล็กน้อยในปัจจุบัน $I_{\text{d}} \times V_{\text{ds}}$อาจจะสูง! -> อาจกระจายอำนาจใหญ่

หากคุณวางแผนโดยการออกแบบเพื่อให้ MOSFET ของคุณอยู่ในสถานะที่สามนี้นานขึ้นคุณต้องแน่ใจว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของทางแยกนั้นจะไม่ปล่อยให้มันผ่านเหนืออุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตสำหรับทางแยกนั้น (พบในแผ่นข้อมูล) การลดอัตราการฆ่าของ MOSFET จะต้องมีการศึกษาอย่างรอบคอบ

ฉันไม่รู้ว่าคุณกำลังขับรถไปด้วยอะไร หากเป็น LED และคุณต้องการให้มันสว่างขึ้นและสว่างขึ้น แต่อย่างช้าๆคุณควรใช้ PWM บนเกตของ MOSFET ของคุณและยังคงใช้เป็นสวิตช์ ถ้า PWM เร็วมากมันจะไม่สังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า

วิธีเดียวกันนี้ใช้ได้กับการขับขี่มอเตอร์