Jak zaprojektować wartość rezystora bramkowego?

To jest arkusz danych sterownika IC, nad którym pracuję (LM5112).

Poniżej znajduje się schemat aplikacji modułu.

Zasadniczo jest to obwód sterownika GATE dla MOSFET-a z sygnałem PDM jako wejściem. Szukam sposobu obliczenia wartości rezystora wejściowego MOSFET (R3)?

Napięcie wejściowe MOSFET (VDS) = 10 V Wymagana moc wyjściowa wynosi 200 W.

Pytania:

1) Jak obliczyć rezystor wejściowy MOSFET?

2) Jakie czynniki wpływają na obliczenie rezystora wejściowego MOSFET?

3) Jaka będzie maksymalna, minimalna możliwa wartość rezystora i wpływ na obwód, jeśli wartość rezystora zostanie zmieniona (Zwiększona lub zmniejszona)?

Daj mi znać, jeśli będą wymagane dodatkowe informacje.

Jeśli wybrałeś ten sterownik, który ma ogromny prąd wyjściowy (7A), to przypuszczam, że potrzebujesz prądu napędu bramki, aby bardzo szybko przełączać bardzo duży FET.

Rezystor bramkowy spowolni rzeczy jedynie poprzez zmniejszenie prądu napędu bramki, więc jego optymalna wartość wynosi zero omów. Jego maksymalna wartość zależy od dopuszczalnych strat przełączania (wolniejsze przełączanie powoduje większe straty przełączania).

Rezystor bramkowy może nadal mieć zastosowanie:

• Zwolnij przełączanie, aby zmniejszyć EMI. Ale w tym przypadku równie dobrze możesz użyć słabszego (tańszego) sterownika.
• Zmniejsz aktualny skok pobierany z zasilania podczas włączania MOSFET. Jeśli lokalne odsprzęganie nie jest wystarczająco dobre, prąd ten może spowodować ugięcie VCC, wyzwalając UVLO układu. Na szczęście wyprowadzenie chipa ułatwia osiągnięcie odsprzężenia o niskiej indukcyjności.
• W przypadku, gdy układ jest nieoptymalny z długim śladem bramki. Dodaje to indukcyjność w bramce, co może powodować oscylację MOSFETU. Rezystor tłumi oscylacje kosztem wolniejszego przełączania. To jest trochę opaski, preferowany jest ciasny układ.

Radziłbym na wszelki wypadek umieścić ślad opornika i zacząć od zworki 0R.

Zrozumieć bramę tranzystora MOSFET

MOSFET to niezwykłe urządzenia, które zapewniają wiele korzyści podczas jazdy z różnymi ładunkami. Fakt, że są napędzane napięciem i że gdy są włączone, mają bardzo niskie rezystancje, czyni je urządzeniem wybieranym do wielu zastosowań.

Jednak to, jak faktycznie działa brama, jest prawdopodobnie jedną z najmniej zrozumiałych cech dla wielu projektantów.

Spójrzmy na typowy obwód MOSFET.

UWAGA: zamierzam tylko zilustrować tutaj urządzenia N-Channel, ale P-Channel działa według tych samych mechanizmów.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{zasymuluj ten obwód}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, te pojemności nie są stałe i zmieniają się w zależności od zastosowanych napięć. Typowy przykład pokazano poniżej.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

UWAGA: Możliwe jest użycie dwóch rezystorów bramkowych z powiązanymi diodami, jeśli limity źródła i zatopienia są różne w sterowniku, lub konieczne jest zaostrzenie krawędzi włączania lub wyłączania.

Czas jest wszystkim

Ok, więc może teraz zobaczysz, dlaczego rezystor bramkowy jest ważny. Jednak musisz teraz zrozumieć konsekwencje posiadania tego oporu bramy i co się stanie, jeśli będzie on zbyt duży.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Przeanalizujmy ten prosty obwód.

Tutaj wybrałem typowy MOSFET, który ma rezystancję wejściową około 2,5 oma. Po odwróceniu odpływu do ziemi, jak pokazano powyżej, na rosnącym brzegu pule można wykreślić następujące ślady.

$R_{Gate}$

Spadające zbocze impulsu nie jest zaskakujące podobne.

Ok, więc zastosujmy małe napięcie, 1 V, do bramki, z rezystorem obciążenia 1 Ohm.

W powyższych śladach należy zwrócić uwagę na trzy rzeczy.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Jeśli masz oko orła, możesz również zauważyć niewielkie odchylenie w I (R_GATE), gdy MOSFET się włącza.

Ok, pozwól mi teraz pokazać bardziej realistyczne napięcie przy 10 V i 10 Ohm przy obciążeniu.

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

W tym momencie coś powinno być dla ciebie oczywiste. To jest...

Opóźnienie włączenia zmienia się wraz z napięciem obciążenia!

$C_{GD}$

Pozwala zwiększyć go do maksimum, z którym to urządzenie może sobie poradzić, 300 V, wciąż z obciążeniem 1 A.

Zauważ, że płaski punkt jest teraz BARDZO długi. Urządzenie pozostaje w trybie liniowym i jego pełne włączenie trwa znacznie dłużej. W rzeczywistości musiałem rozszerzyć podstawę czasu na tym obrazie. Prąd bramki jest teraz utrzymywany przez około 6uS.

Patrząc na czas wyłączenia, w tym przykładzie jest jeszcze gorzej.

$C_{GD}$

Oznacza to, że jeśli modulujesz moc do obciążenia, częstotliwość, z którą możesz je napędzać, zależy w dużym stopniu od przełączanego napięcia.

Jaki rodzaj działa przy 100 kHz przy 10 V ... przy średnim prądzie bramkowym około 400 mA ...

Nie ma nadziei na 300 V.

Przy tych częstotliwościach energia rozproszona w MOSFET-ie, rezystorze bramkowym i sterowniku prawdopodobnie wystarczy do ich zniszczenia.

Wniosek

Poza prostymi zastosowaniami niskiej częstotliwości, dostrajające MOSFETY do pracy przy wyższych napięciach i częstotliwościach wymagają znacznej staranności w celu wyodrębnienia wymaganych właściwości. Im wyżej, tym mocniejszy musi być sterownik MOSFET, abyś mógł użyć jak najmniejszego oporu bramki.