ความจุของประตูเทียบกับค่าใช้จ่ายเกตใน n-ch FETs และวิธีการคำนวณการกระจายพลังงานในระหว่างการชาร์จ / การคายประจุของเกต

ฉันใช้ไดรเวอร์ MOSFET ( TC4427A ) ซึ่งสามารถชาร์จความจุเกต 1nF ในระยะเวลาประมาณ 30ns

MOSFET N-CH คู่ฉันใช้ (Si4946EY) มีค่าใช้จ่ายประตู 30nC (สูงสุด) ต่อ FET ฉันกำลังพิจารณาเพียงครั้งเดียวเพราะทั้งคู่อยู่บนความตายเหมือนกัน ฉันกำลังขับเกตไปที่ 5V (เป็นระดับตรรกะ fet)

นี่หมายความว่าฉันสามารถใช้ Q = CV เพื่อหาค่าความจุได้หรือไม่? C = 30nC / 5V = 6nF ดังนั้นคนขับของฉันสามารถเปิดประตูได้อย่างเต็มที่ในเวลาประมาณ 180ns

ตรรกะของฉันถูกต้องหรือไม่

ความต้านทานประตูของ MOSFET นั้นถูกระบุไว้ที่ค่าสูงสุด 3.6 โอห์ม สิ่งนี้จะมีผลกระทบต่อการคำนวณข้างต้นหรือไม่ คนขับมีความต้านทาน 9 โอห์ม

มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญเมื่อประตูถูกปล่อยออกมาแทนที่จะชาร์จหรือไม่? (ปิด fet)

ในฐานะที่เป็นคำถามด้านข้างระหว่างช่วง 180ns ที่ fet ยังไม่สมบูรณ์ ดังนั้น Rds (ไม่ค่อนข้างมาก) ค่อนข้างสูง ฉันจะคำนวณปริมาณการสิ้นเปลืองพลังงานในช่วงเวลานี้ได้อย่างไร

เช่นเดียวกับเอนโดลิ ธ บอกว่าคุณต้องดูเงื่อนไขสำหรับพารามิเตอร์ 30nC เป็นค่าสูงสุดสำหรับ = 10V กราฟในหน้า 3 ของแผ่นข้อมูลระบุว่าโดยทั่วไปคือ 10nC @ 5V แล้วตามด้วย C = 10 n $V_{GS}$ = 2nF กราฟยังอยู่ในหน้า 3 อีกให้ค่าของ 1NF สำหรับCฉันSS ความแตกต่างเป็นเพราะความจุไม่คงที่ (นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาให้ค่าการเรียกเก็บเงิน) $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

ความต้านทานประตูจะมีอิทธิพลอย่างแน่นอน ค่าคงที่เวลาของเกตจะเป็น (9 + 3.6 Ω ) × 2nF = 25ns แทนที่จะเป็น 9 Ω × 2nF = 18ns$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

ในทางทฤษฎีจะมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างการเปิดและปิดเพราะเมื่อคุณปิดเครื่องคุณจะเริ่มจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่ถ้าเวลาระหว่างการเปิดและปิดมีขนาดเล็ก (ระยะขอบจำนวนมากที่นี่เราพูดถึงประมาณสิบวินาที) อุณหภูมิคงที่และลักษณะจะมีความสมมาตรมากกว่าหรือน้อยกว่า

เกี่ยวกับคำถามด้านของคุณ โดยปกติจะไม่ได้รับในแผ่นข้อมูลเนื่องจากปัจจุบันจะขึ้นอยู่กับ , V D Sและอุณหภูมิและกราฟ 4 มิติทำงานได้ไม่ดีในสองมิติ ทางออกเดียวคือการวัด วิธีหนึ่งคือการบันทึกกราฟI DและV D Sระหว่างปิดและเปิดและคูณทั้งสองและรวมเข้าด้วยกัน โดยปกติการเปลี่ยนแปลงนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วดังนั้นคุณอาจวัดได้เพียงไม่กี่จุด แต่ควรให้การประมาณที่ดี การเปลี่ยนภาพช้ากว่าจะให้คะแนนมากกว่า แต่อุณหภูมิจะแตกต่างกันดังนั้นผลลัพธ์จะแม่นยำน้อยลง$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

ข้อมูลจำเพาะในแผ่นข้อมูลระบุว่า V _GS = 10 V ดังนั้นจึงไม่มี มันจะเป็น C = 30 nC / 10 V = 3 nF แต่นี่เป็นค่าสูงสุดแน่นอน

แทนค่าความจุเดียวที่พวกเขา spec ความจุเป็นกราฟในหน้า 3. ความหมายของค_issค_RSSและค_{โอเอส}จะได้รับในรูปเอกสารนี้ 5. ฉันคิดว่าคุณดูแลมากที่สุดเกี่ยวกับค_ISSซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 900 pF ตามแผนภูมิ

การอ้างอิงแอป Fairchild นี้เกี่ยวกับการสลับ MOSFET , โน้ต Infineon นี้ในรูปของบุญ , IR note นี้และประสบการณ์ของฉันเอง:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

$Q_{gs}$$I_D$$V_{DS}$$Q_{gd}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

ความต้านทานเกตของ MOSFET จะถูกเพิ่มเข้ากับความต้านทานภายนอกใด ๆ ก็ตามที่คุณต้องพิจารณากระแสการชาร์จ ในกรณีของคุณเนื่องจากคุณชาร์จเพียง 5V คุณจะไม่ได้รับความสามารถสูงสุดในปัจจุบันของไดรเวอร์ของคุณ

การคายประจุเกตจะค่อนข้างเหมือนกับการชาร์จในขณะที่เกณฑ์ยังคงเหมือนเดิม หากการเปิดเครื่องเป็น 4V และคุณคิดค่า 5V คุณสามารถจินตนาการได้ว่าจะมีความไม่สมดุลเล็กน้อยในเวลาเปิดเครื่องเทียบกับเวลาเปิดเครื่องเนื่องจากคุณปล่อยประจุเพียง 1V เพื่อปิดเครื่อง เทียบกับ 4V เพื่อเปิดใช้งาน

ตามความเห็นก่อนหน้านี้เป็นเรื่องปกติที่จะเห็นเครือข่ายของตัวต้านทานและไดโอดในวงจรไดรฟ์ของ MOSFET เพื่อปรับกระแสการชาร์จแบบเปิดและปิด

การกระจายพลังงานในระหว่างเปิดและปิด

คุณอาจคิดว่าทรานซิสเตอร์กำลังร้อนขึ้นในช่วงการเปลี่ยนภาพนั้นมีบางอย่างเกี่ยวข้องกับแรงดันและกระแสภายในและความจุของทรานซิสเตอร์

ในทางปฏิบัติตราบใดที่คุณเปิดหรือปิดสวิตช์อย่างรวดเร็วเพียงพอรายละเอียดภายในของสวิตช์จะไม่เกี่ยวข้อง หากคุณดึงสวิตช์ออกจากวงจรอย่างสมบูรณ์สิ่งอื่น ๆ ในวงจรย่อมมีความจุกาฝาก C ระหว่างสองโหนดที่สวิตช์เปิดและปิดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อคุณใส่สวิตช์ชนิดใด ๆ ลงในวงจรนั้นโดยที่ปิดสวิตช์ความจุนั้นจะชาร์จประจุแรงดันไฟฟ้า V โดยเก็บ CV ^ 2/2 วัตต์ของพลังงาน

ไม่ว่าสวิตช์จะเป็นแบบใดเมื่อคุณเปิดสวิตช์พลังงานทั้งหมดของ ^ ^ 2/2 วัตต์จะกระจายไปในสวิตช์นั้น (ถ้ามันช้าลงจริงๆพลังงานก็อาจกระจายไปในสวิตช์นั้น)

ในการคำนวณพลังงานที่กระจายไปในสวิทช์ mosfet ของคุณให้หาค่าความจุภายนอกทั้งหมด C ที่ติดอยู่ (อาจเป็นกาฝากส่วนใหญ่) และแรงดันไฟฟ้า V ที่ขั้วของสวิตช์เปลี่ยนไปก่อนที่สวิตช์จะเปิด พลังงานกระจายไปในสวิตช์ชนิดใดก็ได้

• E_turn_on = CV / 2

ที่เปิดทุกครั้ง

พลังงานกระจายไปในแนวต้านที่ขับเกท FET ของคุณ

• E_gate = Q_g V

ที่ไหน

• V = แรงดันเกตของประตู (จากคำอธิบายของคุณคือ 5 V)
• Q_g = จำนวนประจุที่คุณกดผ่าน pin gate เพื่อเปิดหรือปิดทรานซิสเตอร์ (จากแผ่นข้อมูล FET มันประมาณ 10 nC ที่ 5 V)

พลังงาน E_gate เดียวกันจะกระจายไปในระหว่างการเปิดเครื่องและอีกครั้งในระหว่างการปิดเครื่อง

พลังงาน E_gate บางส่วนนั้นกระจายไปในทรานซิสเตอร์และบางส่วนถูกกระจายไปในชิปไดรเวอร์ FET - ฉันมักจะใช้การวิเคราะห์ในแง่ร้ายที่ถือว่าพลังงานทั้งหมดนั้นถูกกระจายไปในทรานซิสเตอร์และพลังงานทั้งหมดนั้นก็จะถูกกระจายไป ในไดรเวอร์ FET

หากสวิตช์ของคุณปิดอย่างรวดเร็วเพียงพอพลังงานที่กระจายระหว่างการเปิดเครื่องโดยทั่วไปจะไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับพลังงานที่กระจายไปในระหว่างการเปิดเครื่อง คุณสามารถวางกรณีที่เลวร้ายที่สุด (สำหรับโหลดอุปนัยสูง) ของ

• E_turn_off = IVt (กรณีที่แย่ที่สุด)

ที่ไหน

• ฉันเป็นกระแสผ่านสวิตช์ก่อนที่จะปิด
• V คือแรงดันไฟฟ้าข้ามสวิตช์หลังจากปิดและ
• t คือเวลาเปลี่ยนจากเปิดเป็นปิด

จากนั้นพลังงานจะกระจายไปใน fet คือ

• P = P_switching + P_on

ที่ไหน

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switch_frequency คือจำนวนครั้งต่อวินาทีที่คุณวนรอบสวิตช์
• P_on = IRd = กำลังงานลดลงในขณะที่สวิตช์เปิดอยู่
• ฉันเป็นค่าเฉลี่ยปัจจุบันเมื่อสวิตช์เปิดอยู่
• R คือสถานะต้านทานของ FET และ
• d คือส่วนของเวลาที่สวิตช์เปิดอยู่ (ใช้ d = 0.999 สำหรับการประเมินกรณีที่แย่ที่สุด)

สะพานเอชหลายแห่งใช้ประโยชน์จากลำตัวไดโอด (ปกติ) เป็นฟลายแบคไดโอดเพื่อจับกระแสฟลายแบ็ก หากคุณทำเช่นนั้น (แทนที่จะใช้ไดโอด catch Schottky ภายนอก) คุณจะต้องเพิ่มพลังงานที่กระจายในไดโอดนั้นด้วย