¿Cómo puedo reducir la velocidad de conmutación de un MOSFET?

El único control que tiene sobre la resistencia del FET es el voltaje de la fuente de la puerta. Necesita ralentizar el cambio de ese voltaje. La forma más común de hacerlo es un filtro RC en la puerta. Coloque una resistencia entre la fuente de la unidad y la compuerta del dispositivo, y la capacidad parásita de la compuerta formará un filtro RC. Cuanto más grande sea la resistencia, más lento será el encendido y el apagado.

Si la resistencia es demasiado grande, puede tener problemas de inmunidad al ruido (falsos disparadores de compuerta), por lo que más allá de un cierto valor de resistencia (tal vez en el rango de 10k a 100k) es mejor que agregue una fuente de compuerta de capacitancia a ralentiza aún más el cambio.

Como regla general, siempre pongo un filtro RC con una resistencia desplegable en todos los FET. Esto permite controlar el tiempo de subida y proporciona una mejor inmunidad al ruido.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Tenga en cuenta que cada vez que su FET no esté "encendido" o "apagado" por completo, verá un aumento de las pérdidas. Si está encendido, el dispositivo tiene un voltaje muy bajo. Si está apagado, el dispositivo no tiene corriente a través de él. De cualquier manera, baja pérdida. Pero si está en el medio, el dispositivo ve tanto voltaje como corriente, lo que significa que la disipación de energía es mucho mayor durante ese período. Cuanto más lento se cambia, mayor es la pérdida. En qué punto se convierte en un problema depende del FET, la fuente y la frecuencia de conmutación.

¿No es suficiente el tiempo de Miller? Sólo extiéndelo.

Spehro tiene el enfoque correcto aquí. Voy a montar su cola de abrigo y ampliar un poco la idea, 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 significa es que también se multiplica por la transconductancia (\ $ g _ {\ text {fs}} \ $) del FET. Por lo tanto, tiene un efecto más grande de lo que su tamaño lo llevaría a creer. Pero, olvidémonos de \ $ C _ {\ text {dg}} \ $ por ahora y en su lugar, agregue un condensador externo de drenaje a compuerta (\ $ C _ {\ text {fb}} \ $), porque si realmente desea ralentizar el aumento y los tiempos de caída del FET eso es lo que harás. Aquí hay un esquema para ayudar a ilustrar:

Amedidaque\$V_{\text{drv}}\$subay\$V_{\text{ds}}\$caiga,probablementepuedavercómo\$R_g\$,\$R_L\$,\$g_{\text{fs}}\$,y\$C_{\text{fb}}\$todosjueganunpapelenlalimitacióndelvalorde\$V_{\text{gs}}\$.Lafuncióndetransferenciadepequeñaseñalde\$V_{\text{ds}}\$relativaa\$V_{\text{drv}}\$es:

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

Y,\$R_g\$,\$R_L\$,\$g_{\text{fs}}\$,y\$C_{\text{fb}}\$estántodosinvolucradosenlaformacióndelpolo.(TengaencuentaquetodaslascapacitanciasFETseomitenaquíparamayorclaridad).

Paramostraraproximadamentecómofuncionaesto,ingresealgunosvaloresenunmodelomuysimplificado.\$R_g\$=1000ohms,\$R_L\$=2ohms,\$V_{\text{drv-pk}}\$=5V,\$V_{\text{cc}}\$=10V,\$g_{\text{fs}}\$=5S.

Aquíhayungráficode\$V_{\text{ds}}\$enlaaplicaciónde\$V_{\text{drv-pk}}\$.

La curva azul es \ $ C _ {\ text {fb}} \ $ = 100pF, y la curva púrpura es \ $ C _ {\ text {fb}} \ $ = 1000pF. Por supuesto, cambiar la pérdida será enorme y más enorme. También se debe mencionar que agregar un capacitor de realimentación Miller como este hará que el circuito sea más sensible al encendido de dV / dt.

Puedes agregar una resistencia en serie a la puerta. Con frecuencia, esto se hace para reducir los tiempos de aumento y caída con el fin de reducir la EMI o evitar un exceso excesivo. Obviamente, esto aumenta las pérdidas por conmutación (pero no las pérdidas por conducción), por lo que hay una compensación. Además de hacer que el cambio sea lento, también agregará un tiempo de retardo, así que tenlo en cuenta si existe la posibilidad de una conducción cruzada o problemas similares.

La pendiente que obtiene para un valor dado de la resistencia de la puerta dependerá de las capacidades de la puerta a la fuente y de la puerta a la descarga, así como el valor de Vcc. Mientras el MOSFET está cambiando, la resistencia suministra la corriente para cargar \ $ C_ {GS} \ $, así como la corriente para cargar \ $ C_ {DG} \ $ entre Vcc y 0. La cantidad total de carga a menudo se especifica en la hoja de datos (bajo condiciones dadas) como la carga de la puerta (medida en nanocoulombs). Debido a la capacitancia de Miller (\ $ C_ {DG} \ $), la naturaleza de la carga también entra en juego.

¿Cuáles son las condiciones de funcionamiento de su MOSFET?

Cuando se usa como un interruptor, la mayoría de las veces el MOSFET está en dos estados:

• Bloqueado: Alto \ $ V _ {\ text {ds}} \ $ voltaje, sin corriente - > no hay poder disipado
• Conducción: Muy bajo \ $ V _ {\ text {ds}} \ $ voltaje (\ $ I _ {\ text {d}} \ veces R _ {\ text {ds_on}} \ $), corriente alta (\ $ I _ {\ text {d}} \ $) - > pequeño poder disipado (\ $ R _ {\ text {ds_on}} \ times I _ {\ text {d}} ^ 2 \ $)

El MOSFET se encuentra en un tercer estado, durante un período de tiempo muy pequeño. Y este tercer estado es cuando está conduciendo un poco:  - No despreciable \ $ V _ {\ text {ds}} \ $ voltaje, corriente no despreciable. \ $ I _ {\ text {d}} \ times V _ {\ text {ds}} \ $ puede ser alto! - > posiblemente gran poder disipado.

Si planea, por diseño, colocar su MOSFET por más tiempo en este tercer estado, debe asegurarse de que el aumento de la temperatura de su unión no lo deje pasar por encima de la temperatura máxima permitida para esa unión. (se encuentra en la hoja de datos) La reducción de la velocidad de desplazamiento de un MOSFET debe estudiarse cuidadosamente.

No sé qué conduces con él. Si es un LED y desea que se vuelva más y más brillante, pero lentamente, es mejor que use un PWM en la puerta de su MOSFET y que aún lo use como interruptor. Si el PWM es muy rápido, no se notará al ojo humano.

El mismo enfoque también es válido para conducir un motor.