La puerta de la capacitancia vs Puerta de carga en la n-ch FETs, y cómo calcular la disipación de energía durante la carga/descarga de la puerta

Question

Estoy usando un MOSFET driver (TC4427A), que puede cargar un 1nF puerta de la capacitancia sobre 30ns.

El dual N-ch MOSFET estoy usando (Si4946EY) tiene una puerta de carga de 30nC (max) por la fet. Estoy considerando sólo el uno por el momento, tanto en el dado son idénticos. Estoy conduciendo la puerta a 5V. (Es un nivel de lógica de la fet.)

Esto significa que se puede aplicar Q = CV para trabajar la capacitancia? C = 30nC / 5V = 6nF. Así que mi conductor puede activar la puerta completamente en aproximadamente 180ns.

Es mi lógica correcta?

La puerta de la resistencia de los MOSFET se especifica en un max. de 3.6 ohmios. Esto va a tener algún efecto en los cálculos anteriores? El conductor tiene un 9 ohmios de resistencia.

¿Hay alguna diferencia significativa para cuando la puerta está dado de alta en lugar de cobrar? (apagado de la fet.)

Como un lado de la cuestión, durante el 180ns la fet no es totalmente. De modo Rds(no del todo) es muy alta. ¿Cómo puedo calcular la cantidad de disipación de energía se producirá durante este tiempo?

Answer 1

Como endolith dice que usted tiene que mirar a las condiciones de los parámetros. el 30nC son un valor máximo de \$V_{GS}\$ = 10V. El gráfico de la página 3 de la hoja de datos dice que normalmente 10nC @ 5V, entonces C = \$\frac{10nC}{5V}\$ = 2nF. Otro gráfico en la página 3 da un valor de 1nF para \$C_{ISS}\$. La discrepancia es debido a que la capacitancia no es constante (es por eso que dar una carga de valor).

La puerta de la resistencia de hecho va a tener una influencia. La puerta de la constante de tiempo será (9\$\Omega\$ + 3.6\$\Omega\$) \$\times\$ 2nF = 25ns, en lugar de 9\$\Omega \times\$ 2nF = 18ns.

En teoría habrá una ligera diferencia entre el encendido y apagado, porque después de la desconexión de iniciar a partir de una temperatura más alta. Pero si el tiempo entre el encendido y apagado es pequeño (mucho margen de aquí, hablamos de decenas de segundos) que la temperatura es constante, y la característica de ser más o menos simétricos.

Sobre su lado de la pregunta. Esto no se da normalmente en las hojas de datos, debido a que la corriente dependerá de \$V_{GS}\$, \$V_{DS}\$ y la temperatura, y de 4 dimensiones gráficos no funcionan bien en dos dimensiones. La única solución es la medida. Es una forma de registro \ $I_D\$ \ $V_{DS}\$ gráficos entre y y, se multiplican ambos e integrar. Esta transición normalmente va a pasar rápido, por lo que probablemente puede medir sólo en pocos puntos, pero que deben dar una buena aproximación. Hacer la transición más lentamente dará más puntos, pero la temperatura será diferente, y por lo tanto el resultado será menos precisa.

Answer 2

Referencia a este Fairchild de la aplicación de la nota sobre el MOSFET de conmutación, este Infineon nota en la figura de mérito, esto de IR de nota y de mi propia experiencia:

\$Q_g\$ cuantifica el total de la puerta de carga, que se compone de algunos elementos agrupados:

• \$Q_{gs}\$ (puerta-fuente)
• \$Q_{gd}\$ (puerta-a-drenaje)

En términos de calcular cuánta energía se disipa la conmutación del MOSFET, puede usar la Q=CV relación de averiguar la efectiva puerta de la capacitancia. El fabricante a menudo también publica esta figura como\$C_{iss}\$.

El IR nota resume la conmutación de la pérdida bastante bien. Durante los \$Q_{gs}\$ intervalo, el MOSFET se inicia la realización de (\$I_D\$ rampas y \$V_{DS}\$ se mantiene alta). Durante los \$Q_{gd}\$ intervalo, el MOSFET se presenta saturado (\$V_{DS}\$ cae). La mejor manera de ver la pérdida es, como se sugirió anteriormente, a medida \$V_{DS}\$\$I_D\$. Este EETimes artículo se describe cómo calcular matemáticamente la conmutación de la pérdida para una variedad de condiciones, que no entraré aquí.

El MOSFET de puerta de resistencia se agrega con lo que la resistencia externa deberá determinar la corriente de carga. En su caso, puesto que son sólo de carga a 5V, no el máximo de la capacidad de corriente del conductor.

El desempeño de la puerta es relativamente idéntica a la carga, en la medida en que los umbrales siendo el mismo. Si la vez-en el thresold es de 4V, y que carga a 5V, se puede imaginar que habrá algunos pequeños asimetría en la vuelta en el tiempo frente a la desconexión tiempo puesto que son sólo el desempeño de 1V a conseguir que se apague vs 4V para obtener de vuelta en.

Según el comentario anterior, es muy común ver a las redes de resistencias y diodos en los MOSFET de la unidad de circuitos para adaptar el encendido y el apagado corriente de carga.

Answer 3

La especificación en la hoja de datos dice que V_GS = 10 V, así que no hay. Sería C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Pero este es un máximo absoluto.

En lugar de un único valor de capacitancia, especificación de la capacitancia como un gráfico en la página 3. Los significados de c_iss c_rss y c_oss se dan en este documento figura 5. Creo que te interesan c_iss, que es de alrededor de 900 pF de acuerdo a la tabla.

Answer 4

la disipación de energía durante el encendido y el apagado

Se podría pensar que el transistor se calienta a más durante las transiciones que tiene algo que ver con los voltajes y las corrientes y las capacitancias de los transistores.

En la práctica, mientras que girar un interruptor de encendido o apagado lo suficientemente rápido, los detalles internos del interruptor son irrelevantes. Si usted tire del interruptor completamente fuera del circuito, las otras cosas en el circuito, inevitablemente, tiene cierta capacidad parásita C entre los dos nodos que el interruptor se enciende y se apaga. Cuando se inserta un interruptor de ningún tipo en ese circuito, con el interruptor en off, que la capacitancia de la carga hasta algunos de voltaje V, almacenando CV^2/2 vatios de energía.

No importa qué tipo de interruptor es, cuando se enciende el interruptor, todos los CV^2/2 vatios de energía disipada en el que el interruptor. (Si cambia muy lentamente, entonces tal vez incluso más energía es disipada en el que el interruptor).

Para calcular la energía disipada en su mosfet interruptor, encontrar la externa total de la capacitancia C se adjunta (probablemente en su mayoría parasitarias), y el voltaje V que los terminales del interruptor de carga de hasta justo antes de que el interruptor se enciende. La energía disipada en cualquier tipo de interruptor es

• E_turn_on = CV/2

en cada turno.

La energía disipada en las resistencias de conducción de la puerta de su FET es

• E_gate = Q_g V

donde

• V = el voltaje de la puerta de oscilación (a partir de su descripción, es de 5 V)
• Q_g = la cantidad de carga que empujar a través de la puerta de pin para encender o apagar el transistor (de la FET hoja de datos, se trata de 10 nC a 5 V)

El mismo E_gate la energía es disipada durante el encendido, y de nuevo durante el apagado.

Algunos de los que E_gate la energía es disipada en el transistor, y en parte es disipada en el FET conductor chip -- yo normalmente uso una pesimista análisis que asume todos de que la energía es disipada en el transistor, y también todos los de esa energía se disipa en el FET conductor.

Si el interruptor se apaga con la suficiente rapidez, la energía disipada durante el apagado normalmente es insignificante en comparación con la energía disipada durante el encendido. Usted puede colocar el peor de los casos límite (para cargas altamente inductivas) de

• E_turn_off = IVt (peor caso)

donde

• I es la corriente a través del interruptor justo antes de que se apague,
• V es el voltaje en el interruptor justo después de que se apague, y
• t es el tiempo de conmutación de on a off.

A continuación, la potencia disipada en el fet es

• P = P_switching + P_on

donde

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
• switching_frequency es el número de veces por segundo que el ciclo del interruptor de
• P_on = IRd = la potencia disipada cuando el interruptor se encuentra en
• I es el promedio de la corriente cuando el interruptor está activado,
• R es la resistencia de los estados de la FET, y
• d es la fracción de tiempo en que el interruptor está activado (uso d=0.999 para el peor de los casos las estimaciones).

Muchos H puentes tomar ventaja de la (normalmente no deseados) cuerpo diodo como un flyback de diodo para coger el inductivo flyback actual. Si haces eso (en lugar de utilizar externo Schottky captura de diodos) usted también tendrá que añadir en la potencia disipada en el diodo.