Auswahl eines Treibers für den MOSFET (Beispielberechnung nach Parametern)

Die FET-Gate-Steuerung ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung eines modernen elektronischen Geräts. Wenn beispielsweise nur der untere Leistungsschalter in einem Impulswandler verwendet wird und die Entscheidung zugunsten der Verwendung eines einzelnen Treibers in Form einer speziellen Mikroschaltung getroffen wird, ist es notwendig, das Problem der Auswahl eines geeigneten Treibers zu lösen, damit dieser die folgenden Bedingungen erfüllen kann.

Zunächst muss der Fahrer ein zuverlässiges Öffnen und Schließen des ausgewählten Schlüssels sicherstellen. Zweitens ist es notwendig, die Anforderungen für eine angemessene Dauer der Vorder- und Hinterkante während des Schaltens zu erfüllen. Drittens sollte der Treiber selbst während der Arbeit in der Schaltung nicht überlastet werden.

In diesem Stadium ist es ratsam, zunächst die Daten aus der Dokumentation für den Feldeffekttransistor zu analysieren und daraus die Eigenschaften des Treibers zu bestimmen. Danach bleibt es, einen bestimmten Treiberchip aus den auf dem Markt angebotenen auszuwählen.

Die Amplitude der Steuerspannung beträgt 12 Volt

Im Datenblatt des Feldeffekttransistors gibt es einen Parameter Vgs (th) - dies ist die minimale Spannung zwischen dem Gate und der Quelle, bei der der Transistor bereits leise zu öffnen beginnt. Normalerweise liegt sein Wert innerhalb von 4 Volt.

Wenn die Spannung am Gate auf etwa 6 Volt ansteigt, wird sich sicherlich ein Phänomen wie das "Miller-Plateau" manifestieren, das darin besteht, dass während des Öffnens des Transistors aufgrund der induzierten Wirkung der einfallenden Spannung auf den Drain die Gate-Source-Kapazität vorübergehend so ist, als ob erhöht sich, und obwohl der Verschluss weiterhin Ladung vom Treiber empfängt, steigt die Spannung relativ zur Quelle für einige Zeit nicht weiter an.

Nach Überwindung des Miller-Plateaus steigt die Gate-Spannung jedoch weiterhin linear an, und der Drain-Strom erreicht linear sein Maximum in der Zeit für den Moment, in dem die Gate-Spannung etwa 7 bis 8 Volt beträgt.

Da der Ladevorgang einer Kapazität exponentiell abläuft, dh am Ende immer langsamer wird, wird für eine schnellere Verschlussladung, um den Vorgang des Öffnens des Transistors nicht zu verzögern, die Ausgangsspannung des Treibers Uupr mit 12 Volt angenommen. Dann 7-8 Volt - dies sind nur 63% der Amplitude, auf die die Spannung für eine Zeit von 3 * R * Ciss nahezu linear ansteigt, wobei Ciss die aktuelle Gate-Kapazität und R der Widerstand im Gate-Source-Abschnitt ist.

Volle Gate-Ladung Qg

Bei Auswahl der Treiberspannung wird die gesamte Gate-Ladung Qg berücksichtigt. Dies ist ein Kompromiss zwischen dem Spitzenstrom des Imax-Treibers und der Öffnungszeit des Transistors Tvcl. Zuerst erkennen sie die volle Gate-Ladung Qg, die der Fahrer zu Beginn jedes Schlüsselbetriebszyklus auf das Gate übertragen muss, und entfernen sie am Ende jedes Zyklus aus dem Verschluss.

Wir finden die volle Gate-Ladung gemäß der Grafik aus dem Datenblatt, wobei Qg bei 12 Volt Uupr je nach der ursprünglich angenommenen Spannung am Drain unterschiedlich sein wird.

Wie lange der Verschluss vollständig aufgeladen sein sollte - es hängt wirklich davon ab, wie lange es dauert, bis die Vorderseite der Leistungstransistoröffnung erreicht ist, oder davon, welcher Treiber verfügbar ist. Der von Ihnen ausgewählte Treiber muss über die entsprechenden Optionen für Anstiegs- und Abfallzeit verfügen.

Da wir uns jedoch entschieden haben, den Treiber hauptsächlich anhand der Anforderungen der entwickelten Schaltung auszuwählen, beginnen wir mit der Berechnung ab der Zeit, die der Transistor benötigt, um vollständig zu öffnen (oder zu schließen). Wir teilen die Gate-Ladung Qg durch den Wert der erforderlichen Zeit zum Öffnen (oder Schließen) des Schlüssels T ein (aus) - wir erhalten den durchschnittlichen Strom, der aus dem durch das Gate fließenden Fahrer kommt:

Iav = Qg / Tincl.

Spitzenstromtreiber Imax

Da der Ladevorgang des Verschlusses insgesamt nahezu gleichmäßig verläuft, können wir davon ausgehen, dass der Ausgangsstrom des Fahrers bis zum vollständigen Aufladen des Verschlusses (auf die Spannung Uupr) auf nahezu Null abfällt. Daher nehmen wir an, dass der maximale Treiberstrom Imax gleich dem doppelten durchschnittlichen Stromwert ist: Imax = Iav * 2, dann wird der Treiber definitiv nicht durch die Überlastung des Ausgangsstroms ausbrennen. Aus diesem Grund wählen wir den Treiber basierend auf Imax und Upr aus.

Wenn der Fahrer bereits zu unserer Verfügung steht und Imax mehr als der Spitzenstrom des Fahrers ist. Wir teilen einfach die Amplitude der Steuerspannung Uupr durch den Wert des Maximalstrom-Imax-Treibers.

Nach dem Ohmschen Gesetz erhalten wir den Wert des Mindestwiderstands, den Sie in der Gate-Schaltung haben müssen, um den Gate-Ladestrom auf den im Datenblatt für den vorhandenen Treiber angegebenen Spitzenstrom zu begrenzen:

Rgate = Upr / Imax-Treiber

Im Datenblatt wird manchmal der Wert Rg angegeben - der Widerstand des Gate-Source-Abschnitts. Es ist wichtig, dies zu berücksichtigen. Wenn dieser Wert ausreicht, ist kein externer Widerstand erforderlich. Wenn Sie den Strom weiter begrenzen müssen, müssen Sie auch einen externen Widerstand hinzufügen. Wenn ein externer Widerstand hinzugefügt wird, wirkt sich dies auf die Öffnungszeit des Schlüssels aus.

Der erhöhte Parameter R * Ciss sollte nicht dazu führen, dass die gewünschte Dauer der Vorderkante überschritten wird. Daher muss dieser Parameter berechnet werden.

Beim Verriegeln des Schlüssels werden hier die Berechnungen ähnlich durchgeführt. Wenn es jedoch notwendig ist, dass sich die Dauer der Vorder- und Hinterflanke der Steuerimpulse voneinander unterscheidet, ist es möglich, separate RD-Ketten auf die Ladung und die Verschlussentladung zu legen, um unterschiedliche Zeitkonstanten für den Beginn und den Abschluss jedes Arbeitszyklus zu erhalten. Auch hier ist es wichtig zu bedenken, dass der ausgewählte Fahrer die entsprechenden Mindestparameter für die Anstiegs- und Abfallzeit haben muss, die kleiner als die erforderlichen sein müssen.