Capacité de la porte par rapport à la charge de la porte dans les transistors FET à n canaux, et comment calculer la dissipation de puissance pendant la charge / décharge de la porte

J'utilise un pilote MOSFET ( TC4427A ), qui peut charger une capacité de grille de 1 nF en 30 ns environ.

Le double MOSFET N-ch que j'utilise (Si4946EY) a une charge de grille de 30nC (max) par fet. Je n'en considère qu'un pour le moment car les deux sur le dé sont identiques. Je conduis la porte à 5V. (C'est un fet de niveau logique.)

Est-ce à dire que je peux appliquer Q = CV pour calculer la capacité? C = 30nC / 5V = 6nF. Mon chauffeur peut donc ouvrir complètement le portail dans environ 180 ns.

Ma logique est-elle correcte?

La résistance de grille du MOSFET est spécifiée à max. de 3,6 ohms. Cela aura-t-il un effet sur les calculs ci-dessus? Le pilote a une résistance de 9 ohms.

Y a-t-il une différence significative lorsque le portail est déchargé au lieu d'être chargé? (éteignant le fet.)

Comme question secondaire, pendant les 180ns, le fet n'est pas complètement allumé. Donc, Rds (pas tout à fait ON) est assez élevé. Comment puis-je calculer la dissipation de puissance pendant cette période?

Comme l'endolith le dit, il faut regarder les conditions des paramètres. les 30nC sont une valeur maximale pour = 10V. Le graphique de la page 3 de la fiche technique indique généralement 10 nC à 5 V, puis C = 10 n $V_{GS}$ = 2nF. Un autre graphique également àpage 3 donne une valeur denF pourCISS. L'écart est dû au fait que la capacité n'est pas constante (c'est pourquoi ils donnent une valeur de charge). $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

La résistance de la porte aura en effet une influence. La constante de temps de la porte sera (9 + 3,6 Ω ) × 2nF = 25ns, au lieu de 9 Ω × 2nF = 18ns.$\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

En théorie, il y aura une légère différence entre allumer et éteindre, car lorsque vous éteignez, vous partez d'une température plus élevée. Mais si le temps entre on et off est petit (beaucoup de marge ici, on parle de dizaines de secondes) la température est constante, et la caractéristique sera plus ou moins symétrique.

$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

La spécification dans la fiche technique indique V _GS = 10 V, donc non. Ce serait C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Mais c'est un maximum absolu.

Au lieu d'une seule valeur de capacité, ils spécifient la capacité sous forme de graphique à la page 3. Les significations de c _iss c _rss et c _oss sont données dans ce document figure 5. Je pense que vous vous souciez le plus de c _iss , qui est d'environ 900 pF selon le tableau.

Référencement de cette note de l'application Fairchild sur la commutation MOSFET , cette note d'Infineon sur la figure du mérite , cette note IR et ma propre expérience:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

$Q_{gs}$$I_D$$V_{DS}$$Q_{gd}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

La résistance de la grille MOSFET est ajoutée à toute résistance externe dont vous disposez pour déterminer le courant de charge. Dans votre cas, puisque vous ne chargez que sur 5V, vous ne maximiserez pas la capacité actuelle de votre pilote.

Décharger la porte est relativement identique à la charger, dans la mesure où les seuils restent les mêmes. Si le seuil d'activation est de 4 V et que vous chargez à 5 V, vous pouvez imaginer qu'il y aura une petite asymétrie dans le temps de mise en marche par rapport au temps de mise hors tension puisque vous ne déchargez que 1 V pour obtenir la mise hors tension contre 4V pour activer.

Selon le commentaire précédent, il est assez courant de voir des réseaux de résistances et de diodes dans les circuits d'attaque MOSFET pour adapter les courants de charge d'activation et de désactivation.

dissipation de puissance lors de l'allumage et de l'extinction

Vous pourriez penser que le transistor chauffant pendant ces transitions a quelque chose à voir avec les tensions internes, les courants et les capacités du transistor.

En pratique, tant que vous allumez ou éteignez un interrupteur suffisamment rapidement, les détails internes de l'interrupteur ne sont pas pertinents. Si vous retirez complètement le commutateur du circuit, les autres éléments du circuit ont inévitablement une capacité parasite C entre les deux nœuds que le commutateur active et désactive. Lorsque vous insérez un interrupteur de quelque nature que ce soit dans ce circuit, avec l'interrupteur éteint, cette capacité se charge jusqu'à une certaine tension V, stockant CV ^ 2/2 watts d'énergie.

Quel que soit le type d'interrupteur utilisé, lorsque vous allumez l'interrupteur, tous les CV ^ 2/2 watts d'énergie sont dissipés dans cet interrupteur. (S'il change très lentement, alors peut-être encore plus d'énergie est dissipée dans ce commutateur).

Pour calculer l'énergie dissipée dans votre commutateur mosfet, recherchez la capacité externe totale C à laquelle il est attaché (probablement principalement parasite) et la tension V que les bornes du commutateur chargent jusqu'à juste avant que le commutateur ne se mette en marche. L'énergie dissipée dans tout type de commutateur est

• E_turn_on = CV / 2

à chaque mise sous tension.

L'énergie dissipée dans les résistances entraînant la porte de votre FET est

• E_gate = Q_g V

où

• V = l'oscillation de la tension de grille (d'après votre description, c'est 5 V)
• Q_g = la quantité de charge que vous poussez à travers la broche de grille pour activer ou désactiver le transistor (à partir de la fiche technique FET, c'est environ 10 nC à 5 V)

La même énergie E_gate est dissipée lors de la mise sous tension et à nouveau lors de la mise hors tension.

Une partie de cette énergie E_gate est dissipée dans le transistor, et une partie est dissipée dans la puce du pilote FET - J'utilise généralement une analyse pessimiste qui suppose que toute cette énergie est dissipée dans le transistor, et que toute cette énergie est également dissipée dans le pilote FET.

Si votre interrupteur s'éteint suffisamment rapidement, l'énergie dissipée lors de l'arrêt est généralement insignifiante par rapport à l'énergie dissipée lors de l'allumage. Vous pouvez placer la limite la plus défavorable (pour les charges hautement inductives) de

• E_turn_off = IVt (pire cas)

où

• I est le courant passant par l'interrupteur juste avant l'arrêt,
• V est la tension aux bornes de l'interrupteur juste après l'arrêt, et
• t est le temps de commutation de marche à arrêt.

Ensuite, la puissance dissipée dans le fet est

• P = Commutation P + P_on

où

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * commutation_fréquence
• commutation_fréquence est le nombre de fois par seconde que vous actionnez le commutateur
• P_on = IRd = la puissance dissipée alors que l'interrupteur est allumé
• I est le courant moyen lorsque l'interrupteur est activé,
• R est la résistance à l'état passant du FET, et
• d est la fraction du temps pendant laquelle l'interrupteur est activé (utilisez d = 0,999 pour les estimations du pire des cas).

De nombreux ponts H profitent de la diode de corps (généralement indésirable) en tant que diode de retour pour capter le courant de retour inductif. Si vous faites cela (plutôt que d'utiliser des diodes de capture Schottky externes), vous devrez également ajouter la puissance dissipée dans cette diode.