Избор на драйвер за MOSFET (примерно изчисление по параметри)

Контролът на FET порта е важен аспект в развитието на всяко модерно електронно устройство. Например, когато в импулсен преобразувател се използва само долният превключвател на захранването и решението се взема в полза на използването на отделен драйвер под формата на специализирана микросхема, е необходимо да се реши проблемът с избора на подходящ драйвер, така че той да може да удовлетвори следните условия.

Първо, водачът ще трябва да осигури надеждно отваряне и затваряне на избрания ключ. Второ, е необходимо да се спазват изискванията за адекватна продължителност на водещите и задните ръбове по време на превключването. Трето, самият драйвер не трябва да се претоварва по време на работа във веригата.

На този етап е препоръчително да започнете с анализ на данните от документацията за транзистора с полев ефект и от тях да определите какви трябва да бъдат характеристиките на драйвера. След това остава да изберем конкретен драйвер чип от предлаганите на пазара.

Амплитудата на управляващото напрежение е 12 волта

В листа с данни за транзистора с полев ефект има параметър Vgs (th) - това е минималното напрежение между портата и източника, при който транзисторът вече ще започне да се отваря тихо. Обикновено стойността му е в рамките на 4 волта.

Освен това, когато напрежението на портата се покачи до около 6 волта, със сигурност ще се прояви явление като „платото на Милър“, което се състои в това, че по време на отварянето на транзистора, поради индуцираното действие на падащото напрежение върху дренажа, капацитетът на източника на порта е временно сякаш ще се увеличи и въпреки че затворът ще продължи да получава заряд от драйвера, напрежението върху него спрямо източника няма да се увеличи допълнително за известно време.

Въпреки това, след преодоляване на платото Милер, напрежението на затворите продължава да се увеличава линейно, а източващият ток достига своя максимум линейно във времето за момента, когато напрежението на портата е около 7-8 волта.

Тъй като процесът на зареждане на всеки капацитет протича експоненциално, тоест в края му винаги се забавя, а след това за по-бързо зареждане на затвора, за да не се забави процеса на отваряне на транзистора, изходното напрежение на драйвера Uupr се приема за 12 волта. Тогава 7-8 волта - това ще бъде само 63% от амплитудата, към която напрежението ще нарасне почти линейно за време, равно на 3 * R * Ciss, където Ciss е текущият капацитет на портата, а R е съпротивлението в секцията порта-източник.

Пълно зареждане на портата Qg

Когато е избрано напрежението на драйвера, се взема предвид общото зареждане на затвора Qg. Това е място на компромис между пиковия ток на драйвера на Imax и времето на отваряне на транзистора Tvcl. Първо, те разпознават пълния заряд Qg, който водачът ще трябва да прехвърли към портата в началото на всеки ключов работен цикъл, а в края на всеки цикъл го извадете от затвора.

Ще намерим пълния заряд на затворите според графиката от листа с данни, където в зависимост от напрежението, което първоначално се е предполагало, че е на изтичането, Qg при 12 волта Uupr ще бъде различен.

За колко време затворът трябва да бъде напълно зареден - наистина зависи или от колко време отнема предната част на отвора на силовия транзистор, или от кой драйвер е на разположение. Избраният от вас драйвер ще трябва да разполага с подходящите опции за време на издигане и падане.

Но тъй като решихме, че ще изберем драйвера въз основа на нуждите на разработената схема, ще започнем изчислението от времето, необходимо за транзистора да се отвори напълно (или затвори). Разделяме заряда Qg заряда на стойността на необходимото време за отваряне (или затваряне) на ключа T на (изключено) - получаваме средния ток, излизащ от водача, преминаващ през портата:

Iav = Qg / Tincl.

Пик ток драйвер Imax

Тъй като като цяло процесът на зареждане на затвора протича почти равномерно, можем да предположим, че изходният ток на водача ще спадне до почти нула до момента, в който затворът е напълно зареден (до напрежението Uupr). Следователно ние приемаме, че пиковия ток на драйвера Imax е равен на два пъти средната стойност на тока: Imax = Iav * 2, тогава драйверът определено няма да изгори от претоварване на изходния ток. В резултат на това избираме драйвера въз основа на Imax и Upr.

Ако драйверът вече е на наше разположение, а Imax е повече от пиковия ток на водача. Ние просто разделяме амплитудата на управляващото напрежение Uupr на стойността на драйвера за максимален ток Imax.

Според закона на Ом, ние получаваме стойността на минималното съпротивление, което трябва да имате в схемата на портата, за да ограничите тока на заряда на портата до пиковия ток, деклариран в листа с данни за съществуващия драйвер:

Rgate = Upr / Imax драйвер

В листа с данни понякога се посочва стойността Rg - съпротивлението на секцията порта-източник. Важно е да се вземе предвид и ако тази стойност е достатъчна, тогава външен резистор не е необходим. Ако трябва допълнително да ограничите тока, ще трябва да добавите и външен резистор. Когато се добави външен резистор, това ще се отрази на времето за отваряне на ключа.

Увеличеният параметър R * Ciss не трябва да води до превишаване на желаната продължителност на предния ръб, така че този параметър трябва да бъде изчислен.

Що се отнася до процеса на заключване на ключа, тук изчисленията се извършват по подобен начин. Ако обаче е необходимо продължителността на водещите и задните ръбове на контролните импулси да се различават една от друга, тогава е възможно да се поставят отделни RD-вериги на заряда и на затвора, за да се получат различни константи на времето за началото и за завършването на всеки работен цикъл. Отново е важно да запомните, че избраният драйвер ще трябва да има подходящите минимални параметри на Rise Time и Fall Time, които трябва да бъдат по-малко от необходимите.