Емкость затвора в зависимости от заряда затвора в n-канальных полевых транзисторах и как рассчитать рассеиваемую мощность при зарядке / разрядке затвора

Я использую драйвер MOSFET ( TC4427A ), который может заряжать емкость затвора 1 нФ примерно за 30 нс.

Используемый мной двойной N-канальный MOSFET (Si4946EY) имеет заряд затвора 30 нК (максимум) на плод. Сейчас я рассматриваю только один, так как оба на кубике идентичны. Я веду ворота к 5V. (Это логический уровень).

Означает ли это, что я могу применить Q = CV для определения емкости? С = 30 нС / 5 В = 6 нФ. Таким образом, мой водитель может полностью включить ворота примерно за 180 нс.

Правильна ли моя логика?

Сопротивление затвора MOSFET указано при макс. 3,6 Ом. Повлияет ли это на приведенные выше расчеты? Драйвер имеет сопротивление 9 Ом.

Есть ли какая-то существенная разница для того, когда ворота разряжаются, а не заряжаются? (выключая фет.)

Как побочный вопрос, в течение 180 нс фет не полностью включен. Так что Rds (не совсем включен) довольно высокий. Как я могу рассчитать, сколько рассеивания энергии произойдет за это время?

Как эндолит говорит, что вы должны смотреть на условия для параметров. 30 нс - это максимальное значение для = 10 В. На графике на странице 3 таблицы данных обычно указано 10 нС при 5 В, затем C = 10 н $V_{GS}$ = 2 нФ. Другой график также на странице 3 дает значение 1nF дляCISS. Расхождение связано с тем, что емкость не постоянна (поэтому они дают значение заряда). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

Сопротивление ворот действительно окажет влияние. Постоянная времени затвора будет (9 + 3,6 Ом ) × 2 нФ = 25 нс вместо 9 Ом × 2 нФ = 18 нс.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

Теоретически между включением и выключением будет небольшая разница, потому что при выключении вы начинаете с более высокой температуры. Но если время между включением и выключением мало (большой запас здесь, мы говорим о десятках секунд), температура постоянна, и характеристика будет более или менее симметричной.

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

В спецификации в спецификации указано V _GS = 10 В, поэтому нет. Было бы C = 30 нКл / 10 В = 3 нФ. Но это абсолютный максимум.

Вместо одного значения емкости они определяют емкость в виде графика на странице 3. Значения c _iss c _rss и _css приведены в этом документе на рисунке 5. Я думаю, что вы больше всего заботитесь о c _iss , который составляет около 900 пФ. согласно графику.

Ссылка на эту заметку приложения Fairchild о переключении MOSFET , эту заметку Infineon о добродетели , эту заметку IR и мой собственный опыт:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

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

Сопротивление затвора полевого МОП-транзистора добавляется к любому внешнему сопротивлению, которое вам необходимо для определения тока зарядки. В вашем случае, поскольку вы заряжаете только до 5 В, вы не сможете максимально использовать возможности вашего драйвера.

Разрядка затвора относительно идентична зарядке, поскольку пороги остаются неизменными. Если пороговое значение для включения составляет 4 В, и вы заряжаете до 5 В, вы можете себе представить небольшую асимметрию во времени включения по сравнению с временем выключения, так как вы только разряжаете 1 В, чтобы получить отключение против 4V, чтобы включить.

Согласно предыдущему комментарию, довольно часто можно увидеть сети резисторов и диодов в цепях привода MOSFET для настройки тока зарядки при включении и выключении.

рассеиваемая мощность при включении и выключении

Вы можете подумать, что транзистор, нагревающийся во время этих переходов, имеет отношение к внутренним напряжениям, токам и емкостям транзистора.

На практике, пока вы включаете или выключаете достаточно быстро, внутренние детали выключателя не имеют значения. Если вы полностью вытащите переключатель из цепи, другой компонент в цепи неизбежно будет иметь некоторую паразитную емкость C между двумя узлами, которые переключатель включает и выключает. Когда вы вставляете какой-либо переключатель в эту цепь с выключенным, эта емкость заряжается до некоторого напряжения V, накапливая CV ^ 2/2 Вт энергии.

Независимо от того, какой это тип переключателя, при его включении все CV ^ 2/2 Вт энергии рассеиваются в этом переключателе. (Если он переключается очень медленно, возможно, в этом переключателе рассеивается еще больше энергии).

Чтобы рассчитать энергию, рассеиваемую в вашем коммутаторе mosfet, найдите общую внешнюю емкость C, к которой он подключен (возможно, в основном паразитный), и напряжение V, которое заряжают клеммы коммутатора непосредственно перед включением коммутатора. Энергия, рассеиваемая в любом виде переключателя, равна

• E_turn_on = CV / 2

при каждом включении.

Энергия, рассеиваемая в сопротивлениях, управляющих затвором, равна

• E_gate = Q_g V

где

• V = колебание напряжения на затворе (по вашему описанию, это 5 В)
• Q_g = величина заряда, которую вы проталкиваете через вывод затвора, чтобы включить или выключить транзистор (из таблицы данных FET это около 10 нК при 5 В)

Та же энергия E_gate рассеивается при включении и снова при выключении.

Часть этой энергии E_gate рассеивается в транзисторе, а часть рассеивается в микросхеме драйвера FET - я обычно использую пессимистический анализ, который предполагает, что вся эта энергия рассеивается в транзисторе, а также вся эта энергия рассеивается в драйвере FET.

Если ваш выключатель отключается достаточно быстро, энергия, рассеиваемая во время выключения, обычно незначительна по сравнению с энергией, рассеиваемой во время включения. Вы могли бы поместить границу наихудшего случая (для высокоиндуктивных нагрузок)

• E_turn_off = IVt (худший случай)

где

• I - ток через выключатель перед выключением,
• V - напряжение на переключателе сразу после выключения, и
• t - время переключения с вкл. на выкл.

Тогда сила, рассеиваемая в плоде, равна

• P = P_switching + P_on

где

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switch_frequency
• switch_frequency - это количество раз в секунду, которое вы переключаете переключатель
• P_on = IRd = мощность, рассеиваемая при включенном переключателе
• I - средний ток при включении,
• R - сопротивление FET во включенном состоянии, и
• d - это доля времени, в которое включено переключение (используйте d = 0,999 для оценок наихудшего случая).

Многие H-мосты используют (обычно нежелательный) корпусной диод в качестве обратного диода для улавливания индуктивного обратного тока. Если вы сделаете это (вместо использования внешних диодов Шоттки), вам также потребуется добавить мощность, рассеиваемую в этом диоде.