Как уменьшить задержку выключения MOSFET


11

Название говорит само за себя в приложениях с коммутацией сигналов - кроме выбора другого устройства, как я могу уменьшить задержку выключения (N-канальных) MOSFET? Есть ли что-то похожее на зажим Бейкер, используемый для BJT?


3
Это может помочь, если вы укажете, какой FET, как вы ведете FET сейчас.
Воутер ван Оойен

Ответы:


18

Ворота и драйвер MOSFET выглядят примерно так:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

CG - это в основном емкость затвора самого MOSFET. Драйвер может добавить собственную емкость, но обычно она незначительна.

LG и основном происходят из схемы драйвера затвора. Отведения МОП-транзисторов также вносят свой вклад, но в меньшей степени.RG

RG также явно добавлен в некоторых схемах драйверов , чтобы ослабить резонанс и . Без этого демпфирования звон может привести к тому, что напряжение на затворе M1 будет переходными, значительно превышающими напряжение, обеспечиваемое , иногда превышая максимальное значение, заданное MOSFET, и повреждая затвор.LGCGVGS

Для максимально быстрого времени переключения вы хотите, чтобы все это было как можно меньше.

Минимизировать довольно просто. Не добавляйте больше сопротивления, чем требуется, и не делайте следы PCB чрезмерно тонкими. Вы также хотите, чтобы драйвер был как можно ближе к полевому МОП-транзистору, и вы хотите, чтобы он был чем-то способным поглощать и получать большой ток. Самый простой способ сделать это - добавить двухтактную пару BJT-подписчиков:RG

схематический

смоделировать эту схему

Для более сложного примера см. Вождение нижней стороны моста Мосфет с 3,3В . Конечно, есть и интегрированные решения.

Если более важно иметь быстрое отключение, чем быстрое включение (обычно в приложениях с H-мостом), то D1 можно добавить, чтобы в основном обходить во время отключения, при этом сохраняя большую часть демпфирующей способности.RG

Чтобы минимизировать , не только о длине трассировки шлюза, но также и пути возврата от источника обратно к драйверу шлюза. Помните, что зарядный ток затвора должен проходить через затвор и источник и обратно к драйверу. Индуктивность этой петли пропорциональна области, которую она окружает, и на высоких частотах эта индуктивность будет ограничивать скорость переключения намного больше, чем сопротивление . Обычная практика компоновки заключается в том, чтобы под полевым МОП-транзистором и водителем имелась прочная заземляющая плоскость, при этом трасса затвора должна быть как можно короче. Там, где вам нужно соединить слои с отверстиями, включите несколько, если это возможно, чтобы минимизировать их эффективную индуктивность.LGRG

Помните также, что и включают сопротивление источника питания. Убедитесь, что драйвер затвора адекватно снабжен развязывающими конденсаторами блока питания. Используйте несколько параллельно, чтобы максимизировать емкость и минимизировать индуктивность.LGRG

CG не может быть напрямую уменьшен, кроме как путем выбора другого MOSFET. Более дорогие МОП-транзисторы могут обеспечить меньшую емкость затвора для более низкой или максимальной способности к обработке тока. Кроме того, не используйте MOSFET с большей текущей способностью обработки, чем необходимо; Вы будете платить за это в увеличенной емкости затвора.RDS(on)

Большинство конструкций драйвера затвора также могут выиграть от приведения затвора в отрицательное напряжение. Подавая более высокое напряжение наLGRGdidtdidt

dvdt

схема паразитных емкостей MOSFET

от международного выпрямителя - Power MOSFET Basics

RG

RDSVGSVGS

сопротивление по отношению к напряжению на затворе

например, для 2N7000

RDSRDS(on)Vth

характеристики заряда затвора

Vth

VthRDS


6

Не пытаясь конкурировать с ответом Фила, потому что это действительно хорошо. Но пара вещей, о которых нужно подумать.

Вы не упоминаете, какую часть вы используете, но если вам действительно нужно уменьшить задержку выключения, вам может понадобиться использовать деталь для поверхностного монтажа. Например, деталь в TO-220 будет встроена в пакет индуктивностью 7 нГн и сопротивлением затвора 10 Ом, с чем ничего не поделаешь. В то время как часть для поверхностного монтажа имела бы больше индуктивности 3 нГн и сопротивления затвора 3 Ом, которые могли бы переключаться намного быстрее.

Что касается более быстрого вытягивания заряда из затвора, вы можете подумать о добавлении транзистора pnp с опусканием в затвор полевого транзистора. Что-то вроде этого:

введите описание изображения здесь

β

Если вы хотите получить количественные рекомендации по определению минимального сопротивления ворот, которое следует использовать, вы можете посмотреть этот пост.


3

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы ускорить выключение MOSFET.

1) Используйте драйвер затвора с более низким импедансом, который способен быстрее разряжать емкость затвора.

2) Если у вас есть последовательный резистор от драйвера затвора до затвора, попробуйте немного уменьшить значение этого сопротивления.

3) Если есть резистор, включенный последовательно с затвором от драйвера, попробуйте установить конденсатор на этот последовательный резистор. Это может ускорить отключение полевого транзистора при условии, что драйвер имеет достаточно низкий импеданс, а постоянная времени R / C пары резистор / конденсатор позволяет разряжать конденсатор до перехода из положения в состояние «выключено».

4) Попробуйте сместить драйвер затвора для полевого транзистора, чтобы затвор отклонился на небольшое значение ниже напряжения источника во время и после выключения затвора. Если источник находится на GND, то попробуйте получить вентиль на несколько сотен милливольт ниже GND.


1

Помимо того, что говорит Майкл Карас, нет смысла применять большее напряжение на затворе, чем то, что вам нужно. Это окольным путем - то, что зажим пекаря делает с BJT.

Итак, вы обнаружите, что для адекватного включения FET вам нужно (скажем, 5 В), но вы подаете 10 В - 5 из этих напряжений должны быть «разряжены», прежде чем FET начнет фазу выключения.

С BJT «легко» автоматизировать это с помощью диодов, но если вы можете точно выбрать, какое напряжение затвора нужно подавать (зависит от платы), и учитывать температуру и другие вещи (это может означать, что вам нужно вольт или еще два ), тогда вы можете сэкономить несколько нано секунд.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.