Ayuda a comprender el circuito del controlador MOSFET de canal N en el lado bajo

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Tomé un circuito simple que encontré y comencé a modificarlo para mis propios propósitos y me di cuenta de que necesito entender que funciona mejor para llegar a donde necesito estar.

PWM+yPWM-provienendeunatenuadorLEDqueusa275Hzfuncionandoa12voltiosActualmenteestoyprobandoa12voltios,peromegustaríahacerloestablehasta15voltios.ColoquéD1-D4paraproteccióncontrapolaridadinversa,estoyusandounoptode4n35enlugardel4n25quesemuestra.

ElLedquesemuestraarribafuesoloparasimularunacarga,heestadoprobandoa84vatiosysubea110Cenaproximadamente5-6minutosyluegocontinúasubiendo.Megustaríaquesemantuvierapordebajode100Cparacorrientesdehasta10Asinundisipadordecaloryusarunpequeñodisipadordecalordehasta16A.Siobtengoeltiempodeencendidoyapagadocorrecto,creoqueestoesposible.Bueno,almenosdeacuerdoconmiinterpretacióndelasfórmulasparacambiarlaspérdidasqueencontré.

Actualmente,séquemitiempodeactivaciónesdemasiadolentoenaproximadamente500nsdebidoal2N3906.Soloheestadousandolaspartesquetengoamanohastaquepuedaentenderloqueestoyhaciendoyordenarloquenecesito.Conelcircuitodebajo,estoydisparandoporuntiempodeactivaciónde150-100ns.Séqueeltiempodeapagadotambiénproducemuchocaloryloabordaréagregandounnpnparabajarlacompuertarápidamente.

Loquerealmenteestoypreguntandoescómodeterminarlosvalorescorrectosparatodaslasresistencias(R3,R4,R5,R6)paraobtenereltiempodeencendidoquenecesitodespuésdecambiarelpnpQ3aalgoquepuedamanejartalvez500-800ma.Específicamentelasmatemáticasinvolucradasycómotodoseune.

Heestadoencontrandolasfórmulasquenecesitoparalamayoríadelaspartesdelcircuito,comolacorrientequelacompuertanecesitaparauntiempoespecíficodeencendidoycómocalcularlaresistenciadebasedepnp,peroponerloenconjuntoestáresultandodifícildealcanzarsinayuda.

Unavezqueentiendaestecircuito,meocuparédeltiempodeapagadoatravésdenpnacontinuación.

EsteesmiprimerintentodemanejarunMOSFETysoloestoyingresandoalaelectrónicacomounpasatiempo,asíqueagradeceríatodalaayudaquepuedaobtener.

******Nuevo*******

Gracias,esofuemuchoparadigerir.Miprimerobjetivoesaprenderyelsegundoeshacerqueestecircuitofuncione.Asíquedéjameversientiendoloquedijiste:

Paraaclarar,PWM+yPWMsonDCynosepuedencambiarlos275Hz.

  1. Eliminacióndediodos:solonecesitoD1oD2,yaquecualquieradeellosimpediráquelacorrientedañeel4n35encasodeconexióndepolaridadinversa,lahojadedatosdicehasta7Vdepolaridadinversa.¿NonecesitoD3oD4porquelostransistorespuedenmanejar12voltiosenpolaridadinversa?Estoseusaráconterminalesdetornillo,porloque,encasodequeseretireunaetiquetaotengounproblemaconelcerebromientrasloengancho,quieroestarsegurodequenolofreirésiseenciendeaccidentalmenteconlaspolaridadesinvertidas.

  2. Disipacióndepotencia:ignorécompletamenteRDSonymeconcentrésoloenelcambioenlaspérdidasdeconmutación.TengoalgunosMOSFETirf3205(RDSon=8milliOhm)queusaréensulugar.
    PDResistive@25Cpara16Asería16^2*.008=2.048vatios,PDResistive@100Cpara16Asería16^2*(.008*1.5)=3.072vatios

    Encendidoparacambiarlaspérdidas,asumiendoquemodificoelcircuitoyusounnpnparabajarlacompuerta.Trseindicaen101ns,porloquesiestuvieradisparandoduranteuntiempodeencendidoyapagadode150ns,tendríaquesuministrar500mAalacompuertaa>=10VsegúnI=Qg/150ns=474mA.Entonces,larelaciónentreeltiempodeconmutaciónyelestadoestablesería300ns*275Hz=8.25e-5,¿supongoqueestonoimportaría?Perosilohaceeslafórmulaquedeberíaestarusando:Pdswitching=(Crss*Vin^2*fSW*Iload)/IgagteoPdswitching=(211pF*144V*275Hz*16A)/500mA=~0.3mW

    Asíquehayquedisiparde2a3vatiosdependiendodelatemperatura.Pd=(Tj_max-Ta)/Rja=75/62=1.21Wattsesloquepuedohacersinundisipadordecalorymantenerlatemperaturalimitadaa100C,¿correcto?Entonces,alcalcularundisipadordecalor,¿necesitousarRjcyRscdelasiguientemanera?((Tj-Ta)-P(Rjc+Rsc))/P=28.4¿Porlotanto,cualquierdisipadordecalorconunamejorresistenciatérmicamemantendrábajo100C?

  3. Ahoraestoytotalmenteconscientedeloinadecuadoqueesel2n3906paraconducirlapuerta,asíquetienealgunarecomendaciónparaunPNPyNPNquemanejen800mAyademásdelacorrientecontinua,¿quédebobuscarparaconducir?lapuertaa475mA?

  4. Proporcionarunapuertaactivadesplegable.¿Quieredeciragregaruntransistornpnalcircuitoy,deserasí,dóndeloestaríaagregando?¿Algocomoesto?Estecircuitonoparecefuncionarenelsimulador,asíqueséqueestoyhaciendoalgomal.
pregunta Semms

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Resumen:

  • Eliminar todos los diodos, excepto quizás D1.

  • Use un FET de Rdson más bajo si puede.

  • Cambie R6 tan bajo como pueda por ahora: 100 Ohms no sería demasiado bajo, pero ...

  • Proporcione un desplegable activo de la puerta FET, solo soy un seguidor de emisor, para tiempos de apagado mucho mejores.

  • Ejecute PWM tan lento como pueda tolerar.

No necesita D1 y D2; elimine cualquiera de los dos.

Si PWM + siempre es positivo contra PWM, no necesita ninguno de D1 o D2.

Si PWM + - PWM- es AC, colocar D2 a través de la entrada opto con polaridad inversa colocará aproximadamente la misma carga en PWM con ambas polaridades de entrada. Esto puede o no puede importar.

D4 no es necesario.

D3 no es necesario.

Ahora para las cosas calientes. Puedes usar lo que desees, pero debes reescribir las leyes de la física. El IRF540 tiene más Rdson de los que desea, incluso cuando se maneja bien, y la resistencia de apagado de 4.7K garantiza un apagado lento y horriblemente caliente. Cambiar R6 a la posición más baja que puedas soportar ayudará a los montones. Con, por ejemplo, R6 = 100 R, IR5-R6_on es < = aproximadamente 100 mA, lo cual es triste pero solo quizás el 1% de su carga actual. Agregar un controlador desplegable seguidor de emisor para el apagado ayudará enormemente.

Y es casi seguro que hará demasiado calor. Ver abajo.
Cambiar a un MOSFET con Rdson más como 10 miliOhm o inferior ayudará enormemente y le permitirá hacer lo que quiera SI lo hace correctamente.

hoja de datos del IRF540 y otro igual, casi

A 84 vatios de carga a 12V Il = 7A.
Si ha dicho acerca de 10V Vgs, a 10A tiene un IRF540
a 25C por la fig. 1 - aproximadamente Vds = 0.35V TÍPICO y en 175C por la figura 2 - aproximadamente Vds = 1V TÍPICO

En el primer caso, como 7A, tiene aproximadamente 2.5W de disipación a 25C TÍPICO y en el segundo caso a 175C = 7 vatios.
Ambos son TÍPICOS y ambos tienen pulsos de 20 uS. Es decir, la realidad suele ser peor.

El paquete TO220 tiene 62 C / W Rjc y
el D ^ 2Pak reclama 40 C / W Rja con 1 "cuadrado PCB FR4.

Por lo tanto, TO220 sube sin disipador =
= > = 62 C / W x 0.35 W a 25C = 22C aumento
entonces Tj ~ = 47C.

Esto es suficiente para iniciar el proceso pernicioso - > más caliente - > más Rdson - > más aumento de temperatura - > más curva de Rdson ...

A 1 vatio tendrías un aumento de 62C = Tj = ~~~ 90 C.

Por lo tanto, no debería ser tan caliente TÍPICAMENTE como el 1 vatio es cuando Tj = 175C
si no fuera por el hecho de que esta hoja de datos fue influenciada por vendedores y vendedores de tabaco y ellos usan A 20 uS de ancho de pulso. Y también es típico. Así que digamos 100-120 C sería esperable. Tu muy, muy, muy lento apagado agregará el golpe de gracia.

El circuito a continuación muestra dos seguidores emisores como un controlador de puerta.

Agregado :

Solo relacionados: 'truco' de lado alto.

Este es el controlador de compuerta FET de lado alto de canal P de Olin.
Él dice que logra 200 nanosegundos de cambio.

Tenga en cuenta la magia especial de tener presente el R14, el funcionamiento de Q2 y los roles de R15 y R14. Deberías entenderlo tú mismo, pero:
R14 hace que Q2 sea un seguidor de emitter "tipo de". R14 ahora se conduce a 1 Vbe por debajo de Vin alto. Note la "nota de resistencia sin serie.
SIN EMBARGO, R15 es (aquí) 45 x R14, por lo que a medida que aumenta el voltaje de R14, R15 disminuirá 5 veces más. Entonces, si Vin aumenta de 0V a ~ = (3.3-Vbe) = digamos 2.7V, R15 caerá 5 x 2.7 ~ = 13.5V. Thi proporciona toda la unidad necesaria, pero la puerta del FET no necesita una abrazadera Zener para evitar el overdrive.

    
respondido por el Russell McMahon

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