Elegir un controlador para MOSFET (ejemplo de cálculo por parámetros)

El control de compuerta FET es un aspecto importante en el desarrollo de cualquier dispositivo electrónico moderno. Por ejemplo, cuando solo se usa el interruptor de potencia inferior en un convertidor de pulsos, y se toma la decisión a favor de usar un controlador individual en forma de un microcircuito especializado, es necesario resolver el problema de seleccionar un controlador adecuado para que pueda satisfacer las siguientes condiciones.

Primero, el controlador deberá proporcionar una apertura y cierre confiables de la llave seleccionada. En segundo lugar, es necesario cumplir con los requisitos para una duración adecuada de los bordes delantero y trasero durante la conmutación. En tercer lugar, el controlador en sí no debe sobrecargarse mientras trabaja en el circuito.

En esta etapa, es aconsejable comenzar analizando los datos de la documentación del transistor de efecto de campo, y de estos para determinar cuáles deberían ser las características del controlador. Después de eso, queda por elegir un chip controlador específico de los que se ofrecen en el mercado.

La amplitud del voltaje de control es de 12 voltios.

En la hoja de datos del transistor de efecto de campo hay un parámetro Vgs (th): este es el voltaje mínimo entre la puerta y la fuente en la que el transistor ya comenzará a abrirse silenciosamente. Por lo general, su valor está dentro de los 4 voltios.

Además, cuando el voltaje en la puerta se eleva a aproximadamente 6 voltios, seguramente se manifestará un fenómeno como la "meseta de Miller", que consiste en el hecho de que durante la apertura del transistor, debido a la acción inducida del voltaje incidente en el drenaje, la capacitancia de la fuente de la puerta es temporalmente como si aumentará, y aunque el obturador continuará recibiendo carga del controlador, el voltaje en él en relación con la fuente no aumentará más durante algún tiempo.

Sin embargo, después de superar la meseta de Miller, el voltaje de la puerta continuará aumentando linealmente, y la corriente de drenaje alcanzará linealmente su máximo a tiempo en el momento en que el voltaje de la puerta sea de aproximadamente 7-8 voltios.

Dado que el proceso de carga de cualquier capacidad se desarrolla exponencialmente, es decir, al final siempre se ralentiza, luego para una carga de obturador más rápida, para no retrasar el proceso de apertura del transistor, el voltaje de salida del controlador Uupr se toma a 12 voltios. Luego, 7-8 voltios: esto será solo el 63% de la amplitud, a lo que el voltaje crecerá casi linealmente durante un tiempo igual a 3 * R * Ciss, donde Ciss es la capacitancia de la puerta de corriente, y R es la resistencia en la sección de la fuente de la puerta.

Qg de carga de puerta completa

Cuando se selecciona el voltaje del controlador, se tiene en cuenta la carga total de la puerta Qg. Este es un lugar de compromiso entre la corriente máxima del controlador Imax y el tiempo de apertura del transistor Tvcl. Primero, reconocen la carga completa de la puerta Qg, que el conductor tendrá que transferir a la puerta al comienzo de cada ciclo operativo clave, y al final de cada ciclo, retírela del obturador.

Encontraremos la carga completa de la puerta de acuerdo con el gráfico de la hoja de datos, donde, dependiendo del voltaje que originalmente se suponía que estaba en el drenaje, Qg a 12 voltios Uupr será diferente.

Durante cuánto tiempo se debe cargar completamente el obturador; realmente depende de cuánto tiempo se tarda en abrir la parte delantera del transistor de potencia o de qué controlador está disponible. El controlador que seleccione deberá tener las opciones apropiadas de Tiempo de subida y Tiempo de caída.

Pero dado que decidimos que elegiríamos el controlador basado principalmente en las necesidades del circuito desarrollado, comenzaremos el cálculo a partir del tiempo que tarda el transistor en abrirse (o cerrarse) por completo. Dividimos la carga Qg de la puerta por el valor del tiempo requerido para abrir (o cerrar) la tecla T encendida (apagada): obtenemos la corriente promedio que sale del conductor que pasa por la puerta:

Iav = Qg / Tincl.

Conductor actual pico Imax

Dado que, en su conjunto, el proceso de carga del obturador continúa casi de manera uniforme, podemos suponer que la corriente de salida del controlador disminuirá a casi cero cuando el obturador esté completamente cargado (hasta el voltaje Uupr). Por lo tanto, suponemos que la corriente pico del controlador Imax es igual al doble del valor actual promedio: Imax = Iav * 2, entonces el controlador definitivamente no se quemará por la sobrecarga en la corriente de salida. Como resultado, seleccionamos el controlador basado en Imax y Upr.

Si el controlador ya está a nuestra disposición, y Imax es más que la corriente máxima del controlador. Simplemente dividimos la amplitud de la tensión de control Uupr por el valor del controlador Imax de corriente máxima.

De acuerdo con la ley de Ohm, obtenemos el valor de la resistencia mínima que debe tener en el circuito de la puerta para limitar la corriente de carga de la puerta a la corriente máxima declarada en la hoja de datos para el controlador existente:

Rgate = controlador Upr / Imax

En la hoja de datos, el valor Rg a veces se indica: la resistencia de la sección de fuente de puerta. Es importante tenerlo en cuenta, y si este valor es suficiente, entonces no es necesaria una resistencia externa. Si necesita limitar aún más la corriente, también tendrá que agregar una resistencia externa. Cuando se agrega una resistencia externa, esto afectará el tiempo de apertura de la llave.

El parámetro aumentado R * Ciss no debe conducir a exceder la duración deseada del borde de ataque, por lo tanto, este parámetro debe calcularse.

En cuanto al proceso de bloqueo de la llave, aquí los cálculos se llevan a cabo de manera similar. Sin embargo, si es necesario que las duraciones de los bordes delantero y trasero de los pulsos de control difieran entre sí, entonces es posible colocar cadenas RD separadas en la carga y en la descarga del obturador para obtener diferentes constantes de tiempo para el comienzo y para la finalización de cada ciclo de trabajo. Nuevamente, es importante recordar que el controlador seleccionado tendrá que tener los parámetros mínimos de Tiempo de subida y Tiempo de caída, que deben ser menores que los requeridos.