Come progettare il valore della resistenza di gate?

Questo è il foglio dati del driver IC su cui sto lavorando (LM5112).

Di seguito è riportato lo schema dell'applicazione del modulo.

Fondamentalmente questo è il circuito del driver GATE per il MOSFET con segnale PDM come input. Sto cercando come calcolare il valore del resistore di ingresso MOSFET (R3)?

Tensione di ingresso MOSFET (VDS) = 10 V La potenza di uscita richiesta è di 200 W.

Domande:

1) Come calcolare la resistenza di ingresso MOSFET?

2) Quali sono i fattori che influenzano il calcolo della resistenza di ingresso MOSFET?

3) Quale sarà il valore di resistenza massimo, minimo possibile ed effetto nel circuito se il valore della resistenza viene modificato (aumentato o diminuito)?

Per favore fatemi sapere se sono necessarie ulteriori informazioni.

Se hai selezionato questo driver, che ha un'enorme corrente di uscita (7A), presumo che tu abbia bisogno di questa corrente del gate drive per commutare un FET molto grande molto velocemente.

Il resistore di gate rallenta le cose solo riducendo la corrente di pilotaggio del gate, quindi il suo valore ottimale è zero ohm. Il suo valore massimo dipende da perdite di commutazione accettabili (la commutazione più lenta provoca più perdite di commutazione).

Il resistore di gate può comunque avere usi:

• Rallenta la commutazione per ridurre l'IME. Ma in questo caso puoi anche usare un driver più debole (più economico).
• Ridurre il picco corrente estratto dall'alimentazione durante l'accensione del MOSFET. Se il disaccoppiamento locale non è abbastanza buono, questa corrente potrebbe causare l'abbassamento del VCC, innescando l'UVLO del chip. Fortunatamente il pinout del chip semplifica il disaccoppiamento a bassa induttanza.
• Nel caso in cui il layout non sia ottimale con una traccia di gate lunga. Ciò aggiunge induttanza nel gate che può causare l'oscillazione del MOSFET. Un resistore smorza le oscillazioni, a costo di una commutazione più lenta. Questo è un po 'un cerotto, è preferibile un layout stretto.

Vorrei consigliare di mettere un ingombro di resistenza nel caso in cui, e iniziare con un ponticello 0R.

Capire il cancello di un MOSFET

I MOSFET sono dispositivi straordinari che offrono molti vantaggi durante la guida di vari carichi. Il fatto che siano alimentati in tensione e che, quando attivi, abbiano resistenze molto basse li rendono il dispositivo preferito per molte applicazioni.

Tuttavia, come funziona effettivamente il cancello è probabilmente una delle caratteristiche meno conosciute per molti sarebbero i progettisti.

Diamo un'occhiata al tuo tipico circuito MOSFET.

NOTA: illustrerò qui solo i dispositivi N-Channel, ma P-Channel funziona con gli stessi meccanismi.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{simula questo circuito}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

A complicare ulteriormente le cose, tali capacità non sono costanti e cambiano a seconda delle tensioni applicate. Un esempio tipico è mostrato di seguito.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

NOTA: è possibile utilizzare due resistori di gate, con diodi associati se i limiti di source e sink sono diversi nel driver, oppure è necessario affinare i bordi di accensione o spegnimento.

Il tempismo è tutto

Ok, quindi ora forse puoi capire perché il resistore di gate è importante. Tuttavia ora è necessario comprendere le implicazioni di avere quella resistenza del gate e cosa succede se è troppo grande.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Analizziamo questo semplice circuito.

Qui ho scelto un MOSFET tipico con una resistenza di ingresso di circa 2,5 ohm. Con lo scarico cortocircuitato a terra come mostrato sopra, è possibile tracciare le seguenti tracce sul bordo di salita delle pulegge.

$R_{Gate}$

Il fronte di discesa dell'impulso è, non sorprendentemente, simile.

Ok, quindi applichiamo una piccola tensione, 1 V, al gate, con una resistenza di carico da 1 Ohm.

Ci sono tre cose che dovresti notare nelle tracce sopra.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Se hai un occhio d'aquila, potresti anche notare una leggera deflessione in I (R_GATE) quando il MOSFET si accende.

Ok ora lascia che ti mostri una tensione più realistica con 10 V e 10 Ohm sul carico.

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

A questo punto, qualcosa dovrebbe essere diventato evidente per te. Questo è...

Il ritardo di accensione sta cambiando con la tensione di carico!

$C_{GD}$

Consente di accelerare al massimo questo dispositivo è in grado di gestire, 300 V, sempre con carico 1 A.

Notare che il punto piatto ora è MOLTO lungo. Il dispositivo rimane in modalità lineare e impiega molto più tempo ad accendersi completamente. In effetti, ho dovuto espandere la base dei tempi in questa immagine. La corrente di gate è ora sostenuta per circa 6uS.

Guardando l'ora di spegnimento è ancora peggio in questo esempio.

$C_{GD}$

Ciò significa che se si sta modulando la potenza di un carico, la frequenza alla quale è possibile guidarlo dipende fortemente dalla tensione che si sta commutando.

Che tipo di funzionamento funziona a 100 Khz a 10 V ... con una corrente di gate media di circa 400 mA ...

Non ha una speranza a 300V.

A queste frequenze la potenza dissipata nel MOSFET, nel resistore di gate e nel driver sarà probabilmente sufficiente per distruggerli.

Conclusione

Oltre ai semplici usi a bassa frequenza, i MOSFET di fine tuning per lavorare a tensioni e frequenze più elevate richiedono una notevole quantità di attento sviluppo al fine di estrarre le caratteristiche che potresti richiedere. Più vai avanti, più potente deve essere il driver MOSFET in modo da poter utilizzare la minima resistenza del gate possibile.