Conmutación IC PWM de alta corriente y alta frecuencia con MOSFETs

Question

Estoy diseñando un circuito para una aplicación de automoción (chasis de tierra) que tiene un número de salidas MOSFET para conducir grandes matrices de LED y motores más pequeños (la aplicación tiende a favorecer los modos no inductivos, pero sigue siendo una consideración importante). Uno de los objetivos es poder conmutar por PWM una luz LED de 300W utilizando un MOSFET o un transistor apropiado similar.

Ahora estoy tratando de entender los requisitos y las limitaciones de los MOSFET en la conmutación de alta frecuencia. Estoy apuntando a una tasa de conmutación de 20khz tal que está fuera de la gama audible como algunas de las luces LED más baratos que estoy tratando de cambiar el uso de tapas de filtro de bajo costo que tienden a oscilar mecánicamente a la frecuencia de entrada.

He diseñado un circuito muy simple en el que un simple NPN BPJT (BC848) se utiliza para invertir la salida positiva de 3,3V de un microcontrolador y conducir la puerta de un FET de potencia de baja Rds como el IRF5305.

Mi entendimiento en este punto es que el objetivo del conductor aquí es saturar el FET tan rápido como sea posible como para minimizar el Rds como se está encendiendo; y para hacer esto con algún tipo de conductor capacitivo. (Soy nuevo en esto y mis conocimientos provienen de fuentes no verificables).

He leído algunas de las ventajas de los circuitos integrados de control de puerta, que parecen cumplir muchos de los requisitos (aparte del coste, pero eso es un sacrificio razonable), aunque me cuesta entender cómo identificar los tiempos de subida y bajada asociados que se requieren en una aplicación (20 khz a un ciclo de trabajo de 0-100%, ¿40 khz?) y lo que eso supone para la puerta a cualquier corriente especificada. Si yo estuviera buscando para conducir un FET en:

• 20KHz PWM
• Accionamiento de la tensión lógica (3,3v)
• Ciclo de trabajo 0-100%.
• Carga de 20A
• 12-24V

¿Cómo puedo determinar un FET adecuado y cómo puedo determinar los requisitos de conducción?

Answer 1

20 Khz es muy razonable para MOSFET PWM. Añadir un controlador de MOSFET es importante porque incluso a esta frecuencia de conmutación relativamente baja, la capacitancia de la puerta significará que su circuito actual conmutará lentamente. El IRF5305 en su circuito tiene una capacitancia de puerta de 1200 pf y una capacitancia de transferencia inversa de 250 pf, y usted está conduciendo la puerta con una impedancia de 10K para apagarla. Un controlador de puerta proporcionará una baja impedancia en ambas direcciones (encendido y apagado) y dará lugar a tiempos de conmutación razonables.

El IRF5305 tiene una tensión de umbral de puerta de entre -2 y -4 voltios, pero esto sólo garantiza 250 uA, por lo que querrás conducir la puerta con al menos -10 voltios más o menos mientras te mantienes bien por debajo de la tensión de puerta máxima de +/-20 voltios.

Por último, si está manejando cargas inductivas, debe lidiar con los picos de tensión negativa que se producirán en el apagado con protección y posiblemente con circuitos de amortiguación. Esta parte se romperá (actuando como un diodo zener) si estos picos superan los -55 V, y el MOSFET tendrá que absorber la energía, calentándose y posiblemente fallando. Puede ser necesaria una combinación de un MOSFET de mayor voltaje y un amortiguador.

Buena suerte.