Cara menentukan frekuensi PWM maksimum untuk transistor (2SK2554)

Bagaimana saya bisa menentukan (memperkirakan) frekuensi PWM wajar maksimum untuk transistor 2SK2554?

Saya menemukan timing di lembar data :

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya dapat memperkirakan frekuensi dari ini (dan memastikan bahwa semua waktu ini adalah 20-50x lebih pendek dari panjang siklus PWM saya atau sesuatu seperti itu. Tapi saya punya Vgs antara 4-5V, arus maksimum saya adalah 10A.

Saya bertanya karena saya memiliki PWM lambat sekarang (~ 1kHz), tetapi ingin tahu seberapa cepat PWM saya bisa tanpa kehilangan terlalu banyak daya saat beralih.

Beban saya adalah baterai timbal-asam besar (pengisian) atau resistif (pemakaian).

Sejauh ini - saya telah melakukan simulasi dengan serupa, transistor sedikit lebih kecil (2SK2553) karena tidak ada 2SK2554 di Multisim saya.

Ini adalah grafik untuk Vgs = 4V.

masukkan deskripsi gambar di sini

Berapa banyak waktu (dalam persen misalnya) waktu switching saya dapat diambil dari waktu siklus PWM?

transistors mosfet switching-losses

— Kamil
sumber

Nah, karena Anda memiliki arus yang lebih sedikit melalui saluran Anda, nilai-nilai ini cenderung menjadi batas atas , awal yang baik adalah . Jika Anda dapat mengukur gelombang persegi dan Anda tidak perlu menghasilkan ini, pilihan terbaik Anda mungkin mengukurnya, atau Anda dapat mensimulasikannya, produsen biasanya memberikan beberapa model perangkat yang cukup rumit.

t_{d (o f f)} + t_{f} < \frac{T_{s w i t c h i n g}}{100}

$t_{d(off)}+t_f<\frac{T_{switching}}{100}$

— Vladimir Cravero

Tunggu itu MOSFET, Anda dapat mengabaikan bagian "batas atas", maaf tentang itu.

— Vladimir Cravero

Ini 2SK2554, tidak ada bagian seperti itu di Multisim saya. Saya mensimulasikan transistor 2SK2553 (mirip, sedikit lebih kecil). Saya akan menambahkan tangkapan layar di pertanyaan saya.

— Kamil

Mungkin Anda dapat menemukan sesuatu di situs web pabrikannya, saya telah melihat banyak model bumbu pada ti, iklan, pepatah, dan sebagainya ... Lagi pula, tidak Multisim.

— Vladimir Cravero

@VladimirCravero Ya, saya cukup puas dengan formula yang Anda tulis, Anda dapat menambahkannya sebagai jawaban, tambahkan saja legenda apa itu td dan tf.

— Kamil

Jawaban:

Faktor utama yang menentukan kecepatan switching bukan hanya MOSFET itu sendiri, tetapi sirkuit di mana Anda memilikinya kabel.

Dari sudut pandang gerbang (yaitu, PoV dari sinyal PWM Anda), MOSFET dapat dilihat sebagai kapasitor sederhana. MOSFET dianggap AKTIF ketika tegangan melintasi kapasitor berada di atas ambang tegangan dan mati ketika di bawah (ini lebih kompleks dari itu, tapi itu model yang disederhanakan untuk saat ini). $V_{th}$

Jadi pada dasarnya bermuara pada seberapa cepat Anda dapat mengisi dan melepaskan kapasitor itu .

Semakin lama kapasitor untuk mengisi atau melepaskan, semakin lama perangkat akan beralih, dan semakin banyak daya yang dihabiskan selama periode switching.

Ada dokumen PDF yang sangat bagus dari Penyearah Internasional yang memperkenalkan Anda pada dasar-dasar MOSFET . Bagian menuju "Biaya Gerbang" adalah bacaan yang bagus untuk masalah ini.

Ini dapat disederhanakan hingga ke rumus RC standar untuk menghitung waktu pengisian kapasitor - kapasitansi gerbang, dikalikan dengan resistansi bagian rangkaian yang mengisi atau mengeluarkan gerbang. Misalnya, jika Anda mengganti gerbang melalui 100Ω dan gerbang memiliki kapasitansi 7700pF, waktu naiknya adalah untuk muatan 63,2%. Sesuaikan waktu itu dengan tegangan ambang yang tepat dan tentu saja tegangan drive Anda. $\tau=R \times C$ $100 × 7.7e-9 = 770ns$

Katakanlah Anda memiliki 8 bit PWM, itu adalah nilai 256 yang mungkin, jadi Anda memerlukan minimum absolut 770ns * 256 irisan waktu untuk beralih, yaitu 197.120μs, atau frekuensi maksimum absolut 5073Hz. Saya akan membatasi setengahnya untuk memastikan minimal satu kali drive level antara switch on dan off.

Tentu saja, itu hanya nilai kasar. Jika Anda membaca PDF itu dan membandingkannya dengan nilai-nilai dalam lembar data, Anda mungkin bisa mendapatkan nilai yang lebih akurat.

— Majenko
sumber

Itu memang dokumen PDF yang sangat bagus.

— Kamil

Ketika langkah menabrak gerbang MOSFET ada beberapa penundaan sebelum MOS sepenuhnya. Ini harus diperhitungkan jika Anda tidak ingin berakhir dengan MOS yang menghabiskan sebagian besar waktunya untuk menyalakan (mematikan) alih-alih (tidak) melakukan dalam kondisi ideal, yaitu "sepenuhnya aktif" dan "sepenuhnya mati" .

Ketika langkah-langkah tiba dua hal terjadi: kapasitas sumber gerbang harus mengisi dan wilayah inversi harus terbentuk di bawah gerbang. Ada semacam penundaan "mati", yaitu tidak ada yang terjadi, baik hidupkan maupun matikan, karena ketika muatan di gerbang berada di bawah atau di atas ambang batas tertentu, tidak ada arus (atau semua arus yang mungkin) dapat mengalir: penundaan itu waktu tunda.

Waktu naik dan turun memperhitungkan waktu saat ini perlu untuk mencapai nilai maksimum, atau nol, seolah-olah Anda berjalan di sepanjang karakteristik mos di wilayah linear (triode).

Sementara waktu tunda mungkin cukup konstan, waktu naik dan turun sangat bergantung pada tegangan gerbang:

saat dihidupkan, semakin tinggi tegangan gerbang target , semakin rendah waktu naiknya
saat dimatikan, semakin rendah tegangan awal gerbang, semakin rendah waktu jatuh

Terkadang Anda mengendarai gerbang dengan voltase tinggi untuk menyalakannya dengan cepat, lalu kembali ke minimum yang menjamin saturasi sehingga mematikan juga lebih cepat. $V_{GS}$

Tentang pengaturan waktu Anda, saya akan mulai menjumlahkan waktu tunda dan naik (turun) untuk setiap transisi:

t_{O N} = t_{d (o n)} + t_{r} = 480 n s t_{O F F} = t_{d (o f f)} + t_{f} = 2100 n s

$t_{ON}=t_{d(on)}+t_r=480ns\\t_{OFF}=t_{d(off)}+t_f=2100ns$

Mari kita asumsikan Anda ingin menghabiskan paling banyak 1% dari waktu Anda menghidupkan atau mematikan mos Anda: Anda mengambil , kalikan dengan 100 dan Anda memiliki periode Anda: 258000ns, atau 258us, yang sekitar 4kHz. Dalam komentar saya hanya mengabaikan giliran tepat waktu. $t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$

1% adalah batas yang cukup konservatif, itu berarti bahwa gelombang itu benar-benar terlihat gelombang persegi jika Anda melihatnya melalui cakupan. Anda mungkin bisa naik sedikit lebih tinggi dan aman, artinya Anda tidak banyak berhamburan.

— Vladimir Cravero
sumber