Comment déterminer la fréquence PWM maximale pour le transistor (2SK2554)

Comment puis-je déterminer (estimer) la fréquence PWM raisonnable maximale pour le transistor 2SK2554?

J'ai trouvé des timings dans la fiche technique :

Je pourrais estimer la fréquence à partir de cela (et m'assurer que tous ces temps sont 20-50x plus courts que la durée de mon cycle PWM ou quelque chose comme ça. Mais j'ai Vgs est entre 4-5V, mon courant maximum est 10A.

Je demande parce que j'ai un PWM lent maintenant (~ 1 kHz), mais je veux savoir à quelle vitesse mon PWM peut être sans perdre trop de puissance lors de la commutation.

Ma charge est une grosse batterie au plomb (en charge) ou résistive (en décharge).

Jusqu'à présent - j'ai fait une simulation avec un transistor similaire, un peu plus petit (2SK2553) car il n'y avait pas de 2SK2554 dans mon Multisim.

C'est un graphique pour Vgs = 4V.

Combien de temps (en pourcentage par exemple) mon temps de commutation peut prendre du temps de cycle PWM?

Le facteur principal déterminant la vitesse de commutation n'est pas seulement le MOSFET lui-même, mais le circuit dans lequel vous l'avez câblé.

Du point de vue de la porte (c'est-à-dire le PoV de votre signal PWM), le MOSFET peut être vu comme un simple condensateur. Le MOSFET est considéré comme activé lorsque la tension aux bornes de ce condensateur est supérieure à la tension de seuil et désactivé lorsqu'il est inférieur (c'est plus complexe que cela, mais c'est un modèle simplifié pour l'instant).$V_{th}$

Il s'agit donc essentiellement de savoir à quelle vitesse pouvez-vous charger et décharger ce condensateur .

Plus le condensateur met de temps à se recharger ou à se décharger, plus il faudra de temps à l'appareil pour commuter et plus la puissance sera dissipée pendant cette période de commutation.

Il y a un très bon document PDF de International Rectifier qui vous présente les bases des MOSFET . La section intitulée "Gate Charge" est une bonne lecture pour ce problème.

Elle peut être simplifiée jusqu'aux formules RC standard pour calculer le temps de charge d'un condensateur - la capacité de la grille, multipliée par la résistance de la portion de circuit chargeant ou déchargeant la grille. Par exemple, si vous commutez la porte sur 100 Ω et que la porte a une capacité de 7700pF, le temps de montée serait de pour une de 63,2%. Ajustez ce temps en fonction de la tension de seuil exacte et de votre tension d'entraînement bien sûr.$\tau=R \times C$$100 × 7.7e-9 = 770ns$

Supposons que vous ayez un PWM 8 bits, c'est-à-dire 256 valeurs possibles, vous avez donc besoin d'un minimum absolu de 770ns * 256 tranches de temps pour la commutation, soit 197.120µs, ou une fréquence maximale absolue de 5073Hz. Je le limiterais à la moitié afin de garantir au moins une tranche de temps de commande de niveau entre l'allumage et l'extinction.

Bien sûr, ce n'est qu'une valeur approximative. Si vous lisez ce PDF et le comparez aux valeurs de la fiche technique, vous pourrez peut-être trouver des valeurs plus précises.

Quand une étape frappe une porte mosfet, il y a un certain délai avant que la mos ne soit complètement allumée. Ceci doit être pris en compte si vous ne voulez pas vous retrouver avec un MOS qui passe la plupart de son temps à s'allumer (éteindre) au lieu de (ne) pas conduire dans ses états idéaux, c'est-à-dire "complètement allumé" et "complètement éteint" .

Lorsque les étapes arrivent, deux choses se produisent: la capacité grille-source doit se charger et la région d'inversion doit se former sous la grille. Il y a une sorte de retard "mort", c'est-à-dire que rien ne se passe, à la fois sous tension et hors tension, car lorsque la charge sur la porte est inférieure ou supérieure à un certain seuil, aucun courant (ou tout le courant possible) ne peut circuler: ce retard est le temps de retard.

Les temps de montée et de descente prennent en compte le temps nécessaire au courant pour atteindre sa valeur maximale, ou zéro, c'est comme si vous marchiez le long des caractéristiques mos dans la région linéaire (triode).

Alors que les temps de retard sont probablement à peu près constants, les temps de montée et de descente dépendent fortement de la tension de grille:

• à l'allumage, plus la tension de grille cible est élevée, plus le temps de montée est faible
• à l'arrêt, plus la tension de grille de démarrage est basse, plus le temps de chute est bas

Parfois, vous conduisez le portail avec une haute tension pour l'allumer rapidement, puis revenez au minimum qui garantit la saturation afin que l'arrêt soit également plus rapide.$V_{GS}$

À propos de vos horaires, je commencerais à additionner le retard et le temps de montée (chute) pour chaque transition:

Supposons que vous souhaitiez passer au plus 1% de votre temps à allumer ou éteindre votre mos: vous prenez , multipliez-le par 100 et vous avez votre période: 258000ns, ou 258us, qui est d'environ 4 kHz. Dans les commentaires, je négligeais simplement l'heure de mise en marche.$t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$

1% est de toute façon une limite assez conservatrice, cela signifie que l'onde ressemble vraiment à une onde carrée si vous la voyez à travers une lunette. Vous pouvez probablement aller encore plus haut et être en sécurité, c'est-à-dire que vous ne vous dissipez pas beaucoup.