Výběr ovladače pro MOSFET (příklad výpočtu podle parametrů)

Řízení brány FET je důležitým aspektem při vývoji jakéhokoli moderního elektronického zařízení. Například v případě, že se v pulsním měniči používá pouze spodní spínač výkonu a rozhodnutí je ve prospěch použití individuálního ovladače ve formě specializovaného mikroobvodu, je nutné vyřešit problém výběru vhodného ovladače tak, aby splňoval následující podmínky.

Nejprve musí řidič zajistit spolehlivé otevření a uzavření vybraného klíče. Za druhé je nutné při přepínání dodržovat požadavky na přiměřenou dobu náběžné a zadní hrany. Zatřetí, samotný ovladač by neměl být při práci v okruhu přetížen.

V této fázi je vhodné začít analýzou dat z dokumentace pro tranzistor s efektem pole a od nich určit, jaké by vlastnosti ovladače měly být. Poté zbývá vybrat konkrétní čip řidiče z těch, které jsou nabízeny na trhu.

Amplituda řídicího napětí je 12 voltů

V datovém listu tranzistoru s polním efektem je parametr Vgs (th) - toto je minimální napětí mezi hradlem a zdrojem, u kterého se tranzistor začne pomalu otevírat. Jeho hodnota je obvykle do 4 voltů.

Dále, když napětí na bráně vzroste na přibližně 6 voltů, bude se jistě projevit jev, jako je „Millerova náhorní plošina“, spočívající ve skutečnosti, že během otevírání tranzistoru je v důsledku indukovaného působení dopadajícího napětí na drenáž, kapacita zdroje brány dočasně, jako by se zvýší, a ačkoli závěrka bude i nadále přijímat náboj od řidiče, napětí na ní ve vztahu ke zdroji se po určitou dobu dále nezvýší.

Po překonání plošiny Miller se však hradlové napětí bude lineárně zvyšovat a vypouštěcí proud bude lineárně dosahovat svého maxima v čase pro okamžik, kdy je hradlové napětí asi 7-8 voltů.

Protože proces nabíjení jakékoli kapacity probíhá exponenciálně, to znamená, že na konci se vždy zpomalí, pak pro rychlejší nabíjení závěrky, aby se nezdržel proces otevírání tranzistoru, je výstupní napětí ovladače Uupr považováno za 12 voltů. Pak 7-8 voltů - bude to jen 63% amplitudy, do které se napětí bude zvyšovat téměř lineárně po dobu rovnou 3 * R * Ciss, kde Ciss je aktuální kapacitní hradlová brána, a R je odpor v sekci zdrojové hradlo.

Plná brána Qg

Při volbě napětí řidiče se vezme v úvahu celkový náboj Qg hradla. To je místo kompromisu mezi špičkovým proudem ovladače Imax a dobou otevření tranzistoru Tvcl. Nejprve rozpoznají plný náboj Qg, který musí řidič přenést na bránu na začátku každého klíčového provozního cyklu a na konci každého cyklu ji vyjmout z uzávěru.

Najdeme plné nabití závěrky podle grafu z datového listu, kde v závislosti na napětí, které bylo původně předpokládáno, že je na odtoku, bude Qg při 12 V Uupr odlišné.

Jak dlouho by měla být závěrka plně nabita - to ve skutečnosti závisí na tom, jak dlouho trvá otevření přední strany výkonového tranzistoru, nebo na tom, který ovladač je k dispozici. Ovladač, který vyberete, bude muset mít příslušné možnosti Rise Time a Fall Time.

Ale protože jsme se rozhodli, že ovladač vybereme primárně na základě potřeb rozvinutého obvodu, začneme výpočet přesně od času, během kterého se tranzistor bude muset úplně otevřít (nebo zavřít). Vydělíme hradlový náboj Qg hodnotou požadovaného času pro otevření (nebo zavření) klíče T na (vypnuto) - získáme průměrný proud vycházející z řidiče procházejícího branou:

Iav = Qg / Tincl.

Špičkový proudový ovladač Imax

Protože jako celek proces nabíjení závěrky probíhá téměř rovnoměrně, můžeme předpokládat, že výstupní proud řidiče klesne téměř na nulu do doby, kdy je závěrka plně nabitá (na napětí Uupr). Proto předpokládáme, že špičkový proud ovladače Imax je roven dvojnásobku průměrné aktuální hodnoty: Imax = Iav * 2, pak ovladač určitě nevyhoří při přetížení výstupního proudu. Jako výsledek vybereme ovladač na základě Imax a Upr.

Pokud je řidič již k dispozici a Imax je vyšší než špičkový proud ovladače. Jednoduše vydělíme amplitudu řídicího napětí Uupr hodnotou maximálního proudu ovladače Imax.

Podle Ohmova zákona získáme hodnotu minimálního odporu, který musíte mít v obvodu brány, abyste omezili proud nabíjení brány na špičkový proud deklarovaný v datovém listu pro stávající ovladač:

Rgate = ovladač Upr / Imax

V datovém listu je někdy uvedena hodnota Rg - odpor sekce brány-zdroj. Je důležité to vzít v úvahu, a pokud je tato hodnota dostatečná, pak není nutný externí odpor. Pokud potřebujete dále omezit proud, musíte také přidat externí odpor. Pokud je přidán externí odpor, ovlivní to dobu otevření klíče.

Zvýšený parametr R * Ciss by neměl vést k překročení požadované délky náběžné hrany, takže tento parametr musí být vypočten.

Pokud jde o proces uzamčení klíče, zde se výpočty provádějí podobně. Je-li však nutné, aby se doby trvání náběžné a zadní hrany řídicích impulzů navzájem lišily, je možné na náboj a na závěrku umístit samostatné RD-řetězy, aby se získaly různé časové konstanty pro začátek a pro dokončení každého pracovního cyklu. Opět je důležité si uvědomit, že vybraný ovladač bude muset mít odpovídající minimální parametry doby náběhu a doby pádu, které musí být menší než požadované.