Wybór sterownika dla MOSFET (przykładowe obliczenie według parametrów)

Sterowanie bramką FET jest ważnym aspektem w rozwoju każdego nowoczesnego urządzenia elektronicznego. Na przykład, gdy w przetworniku impulsów stosowany jest tylko przełącznik niższej mocy, a decyzja jest na korzyść zastosowania pojedynczego sterownika w postaci specjalistycznego mikroukładu, konieczne jest rozwiązanie problemu wyboru odpowiedniego sterownika, aby mógł on spełnić następujące warunki.

Po pierwsze, kierowca będzie musiał zapewnić niezawodne otwieranie i zamykanie wybranego klucza. Po drugie, konieczne jest spełnienie wymagań dotyczących odpowiedniego czasu trwania krawędzi natarcia i krawędzi spływu podczas przełączania. Po trzecie, sam sterownik nie powinien być przeciążony podczas pracy w obwodzie.

Na tym etapie wskazane jest rozpoczęcie od analizy danych z dokumentacji tranzystora polowego, a następnie z nich, aby określić, jakie powinny być charakterystyki sterownika. Następnie pozostaje wybrać konkretny układ sterownika spośród układów dostępnych na rynku.

Amplituda napięcia sterującego wynosi 12 woltów

W arkuszu danych na tranzystorze polowym znajduje się parametr Vgs (th) - jest to minimalne napięcie między bramką a źródłem, przy którym tranzystor zacznie się już cicho otwierać. Zwykle jego wartość zawiera się w granicach 4 woltów.

Ponadto, gdy napięcie na bramce wzrośnie do około 6 woltów, na pewno objawi się zjawisko takie jak „plateau Millera”, polegające na tym, że podczas otwierania tranzystora, z powodu indukowanego działania napięcia padającego na dren, pojemność źródła bramkowego jest chwilowo, jakby wzrośnie i chociaż migawka będzie nadal otrzymywać ładunek od sterownika, napięcie na niej względem źródła nie wzrośnie jeszcze przez jakiś czas.

Jednak po pokonaniu płaskowyżu Millera napięcie bramki będzie nadal rosło liniowo, a prąd drenu liniowo osiągnie maksymalny czas w chwili, gdy napięcie bramki wynosi około 7-8 woltów.

Ponieważ proces ładowania dowolnej pojemności przebiega wykładniczo, to znaczy na końcu zawsze zwalnia, a następnie dla szybszego ładowania migawki, aby nie opóźniać procesu otwierania tranzystora, napięcie wyjściowe sterownika Uupr przyjmuje się za 12 woltów. Następnie 7-8 woltów - będzie to zaledwie 63% amplitudy, do której napięcie wzrośnie prawie liniowo przez czas równy 3 * R * Ciss, gdzie Ciss jest obecną pojemnością bramki, a R jest opornością w sekcji źródło-brama.

Pełna opłata za ładowanie Qg

Po wybraniu napięcia sterownika brane jest pod uwagę całkowite obciążenie bramki Qg. Jest to miejsce kompromisu między prądem szczytowym sterownika Imax a czasem otwarcia tranzystora Tvcl. Najpierw rozpoznają pełne ładowanie bramki Qg, które kierowca będzie musiał przenieść do bramki na początku każdego kluczowego cyklu operacyjnego, a pod koniec każdego cyklu wyjmuje ją z żaluzji.

Znajdziemy pełne ładowanie bramki zgodnie z wykresem z arkusza danych, gdzie w zależności od napięcia, które pierwotnie zakładano na odpływie, Qg przy 12 woltach Uupr będzie różne.

Jak długo migawka powinna być w pełni naładowana - tak naprawdę zależy to od tego, jak długo zajmie otwarcie przodu tranzystora mocy, lub od tego, który sterownik jest dostępny. Wybrany sterownik będzie musiał mieć odpowiednie opcje czasu narastania i czasu opadania.

Ponieważ jednak zdecydowaliśmy, że wybieramy sterownik przede wszystkim na podstawie potrzeb opracowanego obwodu, obliczenia rozpoczniemy dokładnie od momentu, w którym tranzystor będzie musiał się całkowicie otworzyć (lub zamknąć). Dzielimy ładunek bramki Qg przez wartość wymaganego czasu do otwarcia (lub zamknięcia) klucza T wł. (Wył.) - otrzymujemy średni prąd wychodzący ze sterownika przechodzącego przez bramę:

Iav = Qg / Tincl.

Sterownik prądu szczytowego Imax

Ponieważ jako całość proces ładowania migawki przebiega prawie równomiernie, możemy założyć, że prąd wyjściowy sterownika zmniejszy się prawie do zera do czasu pełnego naładowania migawki (do napięcia Uupr). Dlatego zakładamy, że szczytowy prąd sterownika Imax jest równy dwukrotności średniej wartości prądu: Imax = Iav * 2, wtedy sterownik zdecydowanie nie wypali się z przeciążenia prądu wyjściowego. W rezultacie wybieramy sterownik na podstawie Imax i Upr.

Jeśli sterownik jest już do naszej dyspozycji, a Imax jest większy niż prąd szczytowy sterownika. Po prostu dzielimy amplitudę napięcia sterującego Uupr przez wartość maksymalnego prądu sterownika Imax.

Zgodnie z prawem Ohma otrzymujemy wartość minimalnej rezystancji, którą musisz mieć w obwodzie bramki, aby ograniczyć prąd ładowania bramki do prądu szczytowego zadeklarowanego w arkuszu danych dla istniejącego sterownika:

Rgate = sterownik Upr / Imax

W arkuszu danych czasami jest wskazywana wartość Rg - rezystancja sekcji bramka-źródło. Ważne jest, aby wziąć to pod uwagę, a jeśli ta wartość jest wystarczająca, zewnętrzny rezystor nie jest konieczny. Jeśli chcesz dodatkowo ograniczyć prąd, będziesz musiał również dodać zewnętrzny rezystor. Dodanie zewnętrznego rezystora wpłynie na czas otwarcia klucza.

Zwiększony parametr R * Ciss nie powinien prowadzić do przekroczenia pożądanego czasu trwania krawędzi natarcia, dlatego parametr ten należy obliczyć.

Jeśli chodzi o proces blokowania klucza, tutaj obliczenia są przeprowadzane podobnie. Jeśli jednak konieczne jest, aby czasy trwania krawędzi wiodących i tylnych impulsów sterujących różniły się od siebie, wówczas możliwe jest umieszczenie oddzielnych łańcuchów RD na ładunku i na rozładowaniu migawki w celu uzyskania różnych stałych czasowych na początek i na zakończenie każdego cyklu roboczego. Ponownie ważne jest, aby pamiętać, że wybrany sterownik będzie musiał mieć odpowiednie minimalne parametry czasu narastania i czasu opadania, które muszą być mniejsze niż wymagane.