Kapasitansi gerbang vs. Gerbang muatan dalam FET n-ch, dan bagaimana menghitung disipasi daya selama pengisian / pemakaian gerbang

Saya menggunakan driver MOSFET ( TC4427A ), yang dapat mengisi kapasitansi gerbang 1nF di sekitar 30ns.

The MOSFET N-ch ganda yang saya gunakan (Si4946EY) memiliki muatan gerbang 30nC (max) per FET. Saya hanya mempertimbangkan satu untuk saat ini karena keduanya identik. Saya mengendarai gerbang ke 5V. (Ini adalah fet tingkat logika.)

Apakah ini berarti saya dapat menerapkan Q = CV untuk menghitung kapasitansi? C = 30nC / 5V = 6nF. Jadi pengemudi saya dapat mengaktifkan gerbang sepenuhnya pada sekitar 180ns.

Apakah logika saya benar?

Resistansi gerbang MOSFET ditentukan secara maksimal. 3,6 ohm. Apakah ini akan berpengaruh pada perhitungan di atas? Pengemudi memiliki hambatan 9 ohm.

Apakah ada perbedaan yang signifikan ketika gerbang dilepaskan dan bukannya dibebankan? (mematikan janin.)

Sebagai pertanyaan sampingan, selama 180-an janin tidak sepenuhnya aktif. Jadi RDS (tidak-cukup-ON) cukup tinggi. Bagaimana saya bisa menghitung berapa banyak disipasi daya yang akan terjadi selama ini?

Seperti kata endolith Anda harus melihat kondisi untuk parameter. yang 30nC adalah nilai maksimum untuk = 10V. Grafik pada halaman 3 datasheet mengatakan biasanya 10nC @ 5V, lalu C = 10 n $V_{GS}$ = 2nF. Grafik lain juga pada halaman 3 memberikan nilai 1nF untukCISS. Perbedaan ini karena kapasitansi tidak konstan (itu sebabnya mereka memberikan nilai muatan). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

Gerbang resistensi memang akan memiliki pengaruh. Konstanta waktu gerbang adalah (9 + 3,6 Ω ) × 2nF = 25ns, bukan 9 Ω × 2nF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

Secara teori akan ada sedikit perbedaan antara menyalakan dan mematikan, karena ketika mematikan Anda mulai dari suhu yang lebih tinggi. Tetapi jika waktu antara on dan off kecil (banyak margin di sini, kita berbicara tentang puluhan detik) suhu konstan, dan karakteristiknya akan lebih atau kurang simetris.

$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

Spesifikasi dalam datasheet mengatakan V _GS = 10 V, jadi tidak. Itu akan menjadi C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Tetapi ini adalah maksimum absolut.

Alih-alih nilai kapasitansi tunggal, mereka menentukan kapasitansi sebagai grafik pada halaman 3. Arti dari c _iss c _rss dan c _oss diberikan dalam dokumen ini gambar 5. Saya pikir Anda sangat peduli tentang c _iss , yaitu sekitar 900 pF sesuai dengan bagan.

Referensi aplikasi ini catatan Fairchild pada MOSFET beralih , catatan ini Infineon pada angka-of-jasa , catatan IR ini dan pengalaman saya sendiri:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

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

Resistansi gerbang MOSFET ditambahkan dengan resistansi eksternal apa pun yang Anda miliki untuk menentukan arus pengisian. Dalam kasus Anda, karena Anda hanya mengisi daya ke 5V, Anda tidak akan memaksimalkan kemampuan driver Anda saat ini.

Melepaskan gerbang relatif identik dengan pengisian, sejauh ambang batasnya tetap sama. Jika turn-on thresold adalah 4V, dan Anda menagih ke 5V, Anda dapat membayangkan bahwa akan ada beberapa asimetri kecil pada waktu turn-on vs. waktu turn-off karena Anda hanya menggunakan 1V untuk mendapatkan turn-off vs. 4V untuk mengaktifkan.

Seperti komentar sebelumnya, sangat umum untuk melihat jaringan resistor dan dioda di sirkuit drive MOSFET untuk menyesuaikan arus pengisian daya yang menghidupkan dan mematikan.

disipasi daya selama turn-on dan turn-off

Anda mungkin berpikir bahwa transistor semakin panas selama transisi itu ada hubungannya dengan tegangan internal dan arus dan kapasitansi dari transistor.

Dalam praktiknya, selama Anda menghidupkan atau mematikan sakelar dengan cukup cepat, detail internal sakelar tidak relevan. Jika Anda menarik sakelar sepenuhnya keluar dari sirkuit, hal-hal lain dalam sirkit pasti memiliki beberapa kapasitansi parasit C antara dua simpul yang menghidupkan dan mematikan sakelar. Saat Anda memasukkan sakelar apa pun ke dalam rangkaian itu, dengan sakelar mati, kapasitansi itu mengisi hingga beberapa voltase V, menyimpan energi CV ^ 2/2 watt.

Tidak peduli apa jenis sakelarnya, saat Anda menghidupkan sakelar, semua energi CV ^ 2 watt dihamburkan dalam sakelar itu. (Jika beralih sangat lambat, maka mungkin lebih banyak energi yang dihabiskan dalam saklar itu).

Untuk menghitung energi yang dihamburkan dalam saklar MOSFET Anda, temukan total kapasitansi eksternal C yang melekat padanya (mungkin sebagian besar parasit), dan tegangan V dimana terminal saklar mengisi hingga tepat sebelum saklar menyala. Energi yang dihamburkan dalam segala jenis saklar adalah

• E_turn_on = CV / 2

di setiap turn-on.

Energi yang dihamburkan dalam hambatan mendorong gerbang FET Anda

• E_gate = Q_g V

dimana

• V = ayunan tegangan gerbang (dari deskripsi Anda, 5 V)
• Q_g = jumlah muatan yang Anda tekan melalui pin gerbang untuk menghidupkan atau mematikan transistor (dari lembar data FET, sekitar 10 nC pada 5 V)

Energi E_gate yang sama dihamburkan saat turn-on, dan sekali lagi selama turn-off.

Sebagian dari energi E_gate itu dihamburkan dalam transistor, dan sebagian dari itu dihamburkan dalam chip driver FET - Saya biasanya menggunakan analisis pesimistis yang mengasumsikan semua energi itu dihamburkan dalam transistor, dan juga semua energi itu dihamburkan. pada driver FET.

Jika sakelar Anda mati dengan cukup cepat, energi yang dihamburkan pada saat mematikan biasanya tidak signifikan dibandingkan dengan energi yang hilang pada saat penyalaan. Anda dapat menempatkan terikat kasus terburuk (untuk beban sangat induktif) dari

• E_turn_off = IVt (kasus terburuk)

dimana

• Saya adalah arus yang melalui sakelar sebelum mematikan,
• V adalah tegangan pada sakelar tepat setelah mati, dan
• t adalah waktu pengalihan dari aktif ke nonaktif.

Maka kekuatan yang hilang pada janin adalah

• P = P_switching + P_on

dimana

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency adalah berapa kali per detik Anda memutarnya
• P_on = IRd = daya hilang saat sakelar aktif
• Saya adalah arus rata-rata saat sakelar hidup,
• R adalah resistansi keadaan saat FET, dan
• d adalah sebagian kecil dari waktu sakelar aktif (gunakan d = 0,999 untuk taksiran terburuk).

Banyak jembatan H memanfaatkan dioda tubuh (biasanya tidak diinginkan) sebagai dioda flyback untuk menangkap arus flyback induktif. Jika Anda melakukan itu (daripada menggunakan dioda tangkap Schottky eksternal) Anda juga perlu menambahkan daya yang dihamburkan dalam dioda itu.