¿Cómo puedo disminuir el tiempo del interruptor de un MOSFET?

Question

Tengo un NMOS que está cambiando demasiado rápido para mi aplicación. En la puerta estoy enviando un nivel lógico de onda cuadrada (PWM). Por desgracia para mí, como era de esperar, la salida es también una cerca de la plaza de la onda.

¿Cómo puedo obtener el Vsal a ser más trapezoidal? O dicho de otra manera, ¿cuál es la modificación más simple que puedo hacer para disminuir la velocidad de respuesta en la salida?

Nota: (Vin) es la tensión aplicada a la puerta de los NMOS & (Vsal) es el voltaje visto en el drenaje de los NMOS.

Answer 1

No hay suficiente tiempo Miller? Sólo se extienden.

Spehro tiene el enfoque correcto aquí. Voy a montar su abrigo colas y ampliar la idea un poco, porque es una buena idea para este tipo de cosas.

$C_{\text{dg}}$ es especial en un FET porque proporciona retroalimentación negativa a la puerta. Parte de lo que eso significa es que también se multiplica por el trasnconductancia ($g_{\text{fs}}$) de la FET. Así, tiene un efecto mayor que su tamaño le llevaría a creer. Pero, vamos a olvidarnos de $C_{\text{dg}}$ por ahora y en lugar de añadir un condensador externo de drenaje de la puerta ($C_{\text{fb}}$), porque si usted realmente desea para frenar la subida y bajada de la FET, que es lo que vamos a hacer. Aquí es un esquema para ayudar a ilustrar:

Como $V_{\text{drv}}$ se eleva y $V_{\text{ds}}$ cae usted probablemente puede ver cómo $R_g$, $R_L$, $g_{\text{fs}}$, y $C_{\text{fb}}$ todos juegan un papel importante en la limitación de que el valor de $V_{\text{gs}}$. Pequeña señal de la función de transferencia de $V_{\text{ds}}$ en relación a $V_{\text{drv}}$ es:

$-\frac{R_L}{s C_{\text{fb}} \left(g_{\text{fs}} R_g R_L+R_g+R_L\right)+1}$

Y, $R_g$, $R_L$, $g_{\text{fs}}$, y $C_{\text{fb}}$ son todos los involucrados en la formación del polo. (Nota, todos los FET capacitancias se quedan aquí para mayor claridad.)

Para mostrar aproximada de cómo funciona esto, poner en algunos valores en un modelo simplificado. $R_g$ = 1000 Ohmios, $R_L$ = 2 Ohms, $V_{\text{drv-pk}}$ = 5V, $V_{\text{cc}}$ = 10V, $g_{\text{fs}}$ = 5 S.

Aquí está una parcela de $V_{\text{ds}}$ sobre la aplicación de $V_{\text{drv-pk}}$.

La curva azul es $C_{\text{fb}}$ = 100pF, y la púrpura de la curva es $C_{\text{fb}}$ = 1000pF. Por supuesto, el cambio de la pérdida será enorme y más grande. También debe mencionarse que la adición de un Molinero comentarios condensador como este va a hacer el circuito más sensibles a dV/dt se enciende.

Answer 2

El único control que se tiene sobre la resistencia de la FET es la puerta de la tensión de la fuente. Es necesario frenar el cambio de voltaje. La forma más común de hacer que es un filtro RC en la puerta. Poner una resistencia entre la unidad de la fuente y el dispositivo de la puerta, y la puerta de la capacidad parásita se forma un filtro RC. La más grande es la resistencia, más lento es el de encendido y apagado.

Si la resistencia se vuelve demasiado grande, usted puede tener inmunidad al ruido de cuestiones (la puerta falsa desencadenantes y tal), así que pasado un cierto valor de resistencia (tal vez en el 10k-100k gama) es mejor que la adición de la capacitancia de la puerta-fuente para frenar el cambio más abajo.

Como regla general, siempre pongo un filtro RC con una resistencia pull-down en todos los FETs. Esto permite el control de la subida de tiempo, y proporciona una mayor inmunidad al ruido.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Tenga en cuenta que en cualquier momento de su FET pasa no totalmente "on" u "off", se ve el aumento de las pérdidas. Si está activada, el dispositivo tiene un muy bajo voltaje a través de ella. Si está desactivada, el dispositivo no tiene ninguna corriente a través de él. De cualquier manera, de baja pérdida. Pero si usted está en el medio, el dispositivo se ve que el voltaje y la corriente, es decir, su disipación de potencia es mucho mayor durante ese período. El más lento de cambiar, mayor que la pérdida se convierte en. En qué punto se convierte en un problema depende de la FET, la fuente, y la frecuencia de conmutación.

Answer 3

Usted puede agregar una resistencia en serie a la puerta. Que es a menudo el hecho a la lenta subida de la caída de veces con el fin de reducir la EMI o evitar el exceso de sobregiro. Obviamente esto aumenta pérdidas de conmutación (pero no las pérdidas por conducción), por lo que existe un trade-off. Así como causar el cambio lento, también se agregará un tiempo de retraso, así que tenlo en cuenta si hay una posibilidad de que la cruz de conducción o problemas similares.

La pendiente se obtiene para un valor dado de la puerta de la resistencia dependerá de las capacitancias de la compuerta a la fuente y puerta de drenaje, así como el valor de Vcc. Mientras que el MOSFET está cambiando, la resistencia de los suministros de la corriente de carga $C_{GS}$ así como la corriente de carga $C_{DG}$ entre Vcc y 0. El total de la cantidad de carga que a menudo se especifica en la hoja de datos (en determinadas condiciones) como la puerta de carga (medido en nanocoulombs). Debido a la Miller capacitancia ($C_{DG}$) la naturaleza de la carga que entra en juego también.

Answer 4

¿Cuáles son las condiciones de funcionamiento de su MOSFET?

Cuando se utiliza como un interruptor, el MOSFET es la mayoría del tiempo en dos estados:

• Bloqueado: Alta tensión Vds, no corriente -> no se disipa potencia
• Conducción: Muy baja tensión Vds (Id*Rds_on), de alta corriente (Id) -> pequeña potencia disipada (Rds_on^2 * Id)

El MOSFET está en un tercer estado, durante una cantidad muy pequeña de tiempo. Y este tercer estado es cuando se lleva a cabo un poco: - No insignificante Vds-voltaje, no insignificante corriente. * Id Vds puede ser alta! -> posiblemente gran potencia disipada.

Si usted planea, por diseño, para poner su MOSFET más en este tercer estado, usted tiene que asegurarse de que el aumento de la temperatura de su unión no dejó pasar por encima del máximo permitido para la temperatura de ese cruce. (se encuentra en la hoja de datos) La reducción de la velocidad de respuesta de un MOSFET tiene que ser cuidadosamente estudiado.

No sé lo que usted está conduciendo con él. Si es un LED y desea tener si volviendo más y más brillante, pero poco a poco, su mejor sería utilizar un PWM en la puerta de su MOSFET y todavía lo utilizan como un interruptor. Si el PWM es muy rápido, no va a ser imperceptible para el ojo humano.

El mismo enfoque es válido también para la conducción de un motor.