Capacitancia de la compuerta frente a la carga de la compuerta en FET n-ch, y cómo calcular la disipación de energía durante la carga / descarga de la compuerta

Al igual que el endolito, dice que debes observar las condiciones de los parámetros. Los 30nC son un valor máximo para \ $ V_ {GS} \ $ = 10V. El gráfico en la página 3 de la hoja de datos dice típicamente 10nC @ 5V, luego C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nF. Otra gráfica también en la página 3 da un valor de 1nF para \ $ C_ {ISS} \ $. La discrepancia se debe a que la capacitancia no es constante (por eso le dan un valor de carga).

La resistencia de la puerta de hecho tendrá una influencia. La constante de tiempo de la puerta 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 el apagado, ya que al apagar se inicia desde una temperatura más alta. Pero si el tiempo entre encendido y apagado es pequeño (aquí hay mucho margen, hablamos de decenas de segundos) la temperatura es constante y la característica será más o menos simétrica.

Sobre tu pregunta secundaria. Esto no suele darse en las hojas de datos, porque la corriente dependerá de \ $ V_ {GS} \ $, \ $ V_ {DS} \ $ y la temperatura, y los gráficos de 4 dimensiones no funcionan bien en dos dimensiones. La única solución es medirlo. Una forma es registrar los gráficos \ $ I_D \ $ y \ $ V_ {DS} \ $ entre apagado y encendido y, multiplicar ambos e integrar. Esta transición normalmente ocurrirá rápidamente, por lo que probablemente pueda medir solo algunos puntos, pero eso le dará una buena aproximación. Hacer la transición más lentamente producirá más puntos, pero la temperatura será diferente y, por lo tanto, el resultado será menos preciso.

La especificación en la hoja de datos dice V _GS = 10 V, entonces no. Sería C = 30 nC / 10 V = 3 nF. Pero esto es un máximo absoluto.

En lugar de un solo valor de capacitancia, especifican la capacitancia como un gráfico en la página 3. Los significados de c _iss c _rss y c _oss se encuentran en este documento, figura 5. Creo que lo que más te importa es c _iss , que es aproximadamente 900 pF de acuerdo con la tabla.

Haciendo referencia a esta nota de la aplicación Fairchild sobre el cambio de MOSFET , this Infineon note en la tabla de información de información en el estado de la información. /technical-info/appnotes/mosfet.pdf"> esta nota de IR y mi propia experiencia:

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

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

En cuanto al cálculo de cuánta potencia se disipa al activar el MOSFET, puede usar la relación Q = CV para determinar la capacitancia de la puerta efectiva. El fabricante a menudo también publica esta cifra como \ $ C_ {iss} \ $.

La nota IR resume bastante bien la pérdida de conmutación. Durante el intervalo \ $ Q_ {gs} \ $, el MOSFET comienza a realizar (\ $ I_D \ $ aumenta y \ $ V_ {DS} \ $ se mantiene alto). Durante el intervalo \ $ Q_ {gd} \ $, el MOSFET se satura (\ $ V_ {DS} \ $ cae). La mejor manera de ver la pérdida es, como se sugirió anteriormente, medir \ $ V_ {DS} \ $ y \ $ I_D \ $. Este artículo de EETimes describe cómo calcule matemáticamente la pérdida de conmutación para una variedad de condiciones, que no explicaré aquí.

La resistencia de la compuerta MOSFET se agrega con cualquier resistencia externa que tenga para determinar la corriente de carga. En su caso, ya que solo está cargando a 5 V, no maximizará la capacidad actual de su controlador.

La descarga de la puerta es relativamente idéntica a la carga, en la medida en que los umbrales permanecen iguales. Si el umbral de activación es de 4 V y usted carga a 5 V, puede imaginar que habrá una pequeña asimetría en el tiempo de activación en comparación con el tiempo de apagado, ya que solo está descargando 1 V para obtener el apagado. vs. 4V para activar.

Según el comentario anterior, es bastante común ver redes de resistencias y diodos en los circuitos de control MOSFET para adaptar las corrientes de carga de encendido y apagado.

disipación de energía durante el encendido y apagado

Podría pensar que el transistor que se calienta durante esas transiciones tiene algo que ver con los voltajes internos y las corrientes y capacitancias del transistor.

En la práctica, siempre que encienda o apague un interruptor lo suficientemente rápido, los detalles internos del interruptor son irrelevantes. Si saca el interruptor completamente fuera del circuito, las otras cosas en el circuito inevitablemente tienen cierta capacidad parásita C entre los dos nodos que el interruptor enciende y apaga. Cuando inserta un interruptor de cualquier tipo en ese circuito, con el interruptor apagado, esa capacitancia se carga hasta cierta tensión V, almacenando CV ^ 2/2 vatios de energía.

No importa qué tipo de interruptor sea, cuando enciendes el interruptor, Todos los CV ^ 2/2 vatios de energía se disipan en ese interruptor. (Si cambia muy lentamente, entonces tal vez incluso más energía se disipe en ese interruptor).

Para calcular la energía disipada en su interruptor mosfet, encuentre la capacitancia externa total C a la que está conectada (probablemente en su mayoría, parásita) y el voltaje V que los terminales del interruptor cargan hasta justo antes de que se encienda el interruptor. La energía disipada en cualquier tipo de interruptor es

• E_turn_on = CV / 2

en cada encendido.

La energía disipada en las resistencias que impulsan la puerta es su FET

• E_gate = Q_g V

donde

• V = la oscilación del voltaje de la compuerta (según su descripción, es 5 V)
• Q_g = la cantidad de carga que empuja a través del pin de la puerta para encender o apagar el transistor (de la hoja de datos del FET, es de aproximadamente 10 nC a 5 V)

La misma energía E_gate se disipa durante el encendido, y nuevamente durante el apagado.

Parte de esa energía E_gate se disipa en el transistor, y otra parte se disipa en el chip controlador FET. Por lo general, uso un análisis pesimista que asume que todo esa energía se disipa en la transistor, y también todo de esa energía se disipa en el controlador FET.

Si su interruptor se apaga lo suficientemente rápido, la energía disipada durante el apagado es típicamente insignificante en comparación con la energía disipada durante el encendido. Podría colocar un límite de peor caso (para cargas altamente inductivas) de

• E_turn_off = IVt (el peor de los casos)

donde

• I es la corriente a través del interruptor justo antes del apagado,
• V es el voltaje en el interruptor justo después del apagado, y
• t es el tiempo de cambio de encendido a apagado.

Entonces el poder disipado en el feto 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 usted cambia el interruptor
• P_on = IRd = la potencia se disipa mientras el interruptor está encendido
• I es la corriente promedio cuando el interruptor está encendido,
• R es la resistencia de estado del FET, y
• d es la fracción del tiempo que el interruptor está encendido (use d = 0.999 para las estimaciones del peor caso).

Muchos puentes H aprovechan el diodo del cuerpo (generalmente no deseado) como un diodo de retorno para capturar la corriente de retorno inductiva. Si lo hace (en lugar de utilizar diodos de captura Schottky externos) También deberá agregar la potencia disipada en ese diodo.