Capacità del gate vs. carica del gate in FET n-ch e come calcolare la dissipazione di potenza durante la carica / scarica del gate

Sto usando un driver MOSFET ( TC4427A ), che può caricare una capacità di gate 1nF in circa 30 ns.

Il doppio MOSFET N-ch che sto usando (Si4946EY) ha una carica di gate di 30nC (max) per fet. Ne sto prendendo in considerazione solo uno per ora poiché entrambi sul dado sono identici. Sto guidando il cancello a 5V. (È un fet livello logico.)

Questo significa che posso applicare Q = CV per calcolare la capacità? C = 30nC / 5V = 6nF. Quindi il mio autista può accendere completamente il cancello in circa 180ns.

La mia logica è corretta?

La resistenza di gate del MOSFET è specificata a max. di 3,6 ohm. Questo avrà qualche effetto sui calcoli sopra? Il driver ha una resistenza di 9 ohm.

C'è qualche differenza significativa per quando il gate viene scaricato anziché caricato? (spegnendo il feto.)

Come domanda secondaria, durante i 180ns il feto non è completamente acceso. Quindi Rds (non proprio ON) è piuttosto alto. Come posso calcolare quanta dissipazione di potenza avverrà durante questo periodo?

Come dice Endolith, devi guardare le condizioni per i parametri. i 30nC sono un valore massimo per = 10V. Il grafico a pagina 3 del foglio dati indica in genere 10nC @ 5V, quindi C = = 2nF. Un altro grafico anche a pagina 3 fornisce un valore di 1nF per . La discrepanza è perché la capacità non è costante (ecco perché danno un valore di carica). $V_{GS}$$\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

La resistenza del gate avrà davvero un'influenza. La costante di tempo del gate sarà (9 + 3,6 Ω ) × 2nF = 25ns, invece di 9 Ω × 2nF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

In teoria ci sarà una leggera differenza tra accensione e spegnimento, perché quando si spegne si parte da una temperatura più elevata. Ma se il tempo tra on e off è piccolo (molto margine qui, parliamo di decine di secondi) la temperatura è costante e la caratteristica sarà più o meno simmetrica.

Sulla tua domanda secondaria. Questo di solito non è indicato nei fogli di dati, perché la corrente dipenderà da , V D S e temperatura, e i grafici a 4 dimensioni non funzionano bene in due dimensioni. L'unica soluzione è misurarla. Un modo è registrare i grafici I D e V D S tra off e on e, moltiplicarli entrambi e integrarli. Questa transizione normalmente avverrà rapidamente, quindi probabilmente potrai misurare solo su alcuni punti, ma ciò dovrebbe darti una buona approssimazione. Fare la transizione più lentamente produrrà più punti, ma la temperatura sarà diversa e quindi il risultato sarà meno preciso.$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

Le specifiche nel foglio dati indicano V _GS = 10 V, quindi no. Sarebbe C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Ma questo è un massimo assoluto.

Invece di un singolo valore di capacità, specificano la capacità come un grafico a pagina 3. I significati di c _iss c _rss e c _oss sono riportati in questo documento figura 5. Penso che ti interessi di più di c _iss , che è di circa 900 pF secondo il grafico.

Facendo riferimento a questa nota dell'app Fairchild sulla commutazione MOSFET , questa nota Infineon sulla figura di merito , questa nota IR e la mia esperienza personale:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

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

La resistenza del gate MOSFET viene aggiunta con qualunque resistenza esterna sia necessaria per determinare la corrente di carica. Nel tuo caso, dal momento che stai caricando solo a 5V, non massimizzerai l'attuale capacità del tuo driver.

Scaricare il gate è relativamente identico a caricarlo, in quanto le soglie rimangono le stesse. Se la soglia di accensione è di 4 V e si carica a 5 V, si può immaginare che ci sarà una piccola asimmetria nel tempo di accensione rispetto al tempo di spegnimento poiché si scarica solo 1 V per ottenere lo spegnimento contro 4 V per ottenere l'accensione.

Come da commento precedente, è abbastanza comune vedere reti di resistori e diodi nei circuiti di azionamento MOSFET per personalizzare le correnti di carica di accensione e spegnimento.

dissipazione di potenza durante l'accensione e lo spegnimento

Potresti pensare che il transistor che si surriscalda durante quelle transizioni abbia qualcosa a che fare con le tensioni interne e le correnti e le capacità del transistor.

In pratica, purché si accenda o si spenga un interruttore sufficientemente rapidamente, i dettagli interni dell'interruttore sono irrilevanti. Se si estrae completamente l'interruttore dal circuito, le altre cose nel circuito hanno inevitabilmente una capacità parassita C tra i due nodi che l'interruttore si accende e si spegne. Quando si inserisce un interruttore di qualsiasi tipo in quel circuito, con l'interruttore spento, quella capacità si carica fino a una certa tensione V, immagazzinando CV ^ 2/2 watt di energia.

Indipendentemente dal tipo di interruttore, quando si accende l'interruttore, tutti i CV ^ 2/2 watt di energia vengono dissipati in quell'interruttore. (Se cambia molto lentamente, allora forse anche più energia viene dissipata in quell'interruttore).

Per calcolare l'energia dissipata nel tuo interruttore a mosfet, trova la capacità esterna totale C a cui è collegata (probabilmente per lo più parassita) e la tensione V che i terminali dell'interruttore caricano fino a poco prima che l'interruttore si accenda. L'energia dissipata in qualsiasi tipo di interruttore è

• E_turn_on = CV / 2

ad ogni accensione.

L'energia dissipata nelle resistenze che guidano il gate è il tuo FET

• E_gate = Q_g V

dove

• V = oscillazione della tensione di gate (dalla tua descrizione, è 5 V)
• Q_g = la quantità di carica che si spinge attraverso il perno del gate per accendere o spegnere il transistor (dalla scheda tecnica FET, è di circa 10 nC a 5 V)

La stessa energia di E_gate viene dissipata durante l'accensione e di nuovo durante lo spegnimento.

Parte dell'energia di E_gate viene dissipata nel transistor e parte di essa viene dissipata nel chip del driver FET: di solito utilizzo un'analisi pessimistica che presuppone che tutta l' energia venga dissipata nel transistor e anche tutta l' energia viene dissipata nel driver FET.

Se l'interruttore si spegne in modo sufficientemente rapido, l'energia dissipata durante lo spegnimento è in genere insignificante rispetto all'energia dissipata durante l'accensione. È possibile posizionare un limite nel caso peggiore (per carichi altamente induttivi) di

• E_turn_off = IVt (caso peggiore)

dove

• Sono la corrente attraverso l'interruttore appena prima dello spegnimento,
• V è la tensione attraverso l'interruttore subito dopo lo spegnimento e
• t è il tempo di commutazione da acceso a spento.

Quindi la potenza dissipata nel feto è

• P = P_switching + P_on

dove

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency è il numero di volte al secondo in cui si commuta lo switch
• P_on = IRd = potenza dissipata mentre l'interruttore è acceso
• I è la corrente media quando l'interruttore è acceso,
• R è la resistenza di stato on del FET e
• d è la frazione del tempo in cui l'interruttore è acceso (utilizzare d = 0,999 per le stime nel caso peggiore).

Molti ponti H sfruttano il diodo corporeo (solitamente indesiderato) come diodo flyback per catturare la corrente induttiva flyback. Se lo fai (piuttosto che usare diodi di cattura Schottky esterni) dovrai anche aggiungere la potenza dissipata in quel diodo.