Cómo determinar la frecuencia máxima de PWM para el transistor (2SK2554)

El factor principal que determina la velocidad de conmutación no es solo el MOSFET en sí, sino el circuito en el que lo tienes conectado.

Desde el punto de vista de la puerta (es decir, el PoV de su señal PWM), el MOSFET puede verse como un simple condensador. El MOSFET se considera ENCENDIDO cuando el voltaje a través de ese condensador está por encima del umbral del voltaje \ $ V_ {th} \ $ y se apaga cuando está por debajo (es más complejo que eso, pero ese es un modelo simplificado por ahora).

Entonces, básicamente, se reduce a qué tan rápido puede cargar y descargar ese capacitor .

Cuanto más tiempo demore el condensador en cargar o descargar, más tiempo tardará en cambiar el dispositivo, y más energía se disipará durante ese período de conmutación.

Hay un muy buen documento PDF de International Rectifier que te presenta los conceptos básicos de MOSFETs . La sección titulada "Carga de puerta" es una buena lectura para este problema.

Se puede simplificar hasta las fórmulas RC estándar para calcular el tiempo de carga de un condensador \ $ \ tau = R \ veces C \ $ - la capacitancia de la compuerta, multiplicada por la resistencia de la parte del circuito que carga o descarga la portón. Por ejemplo, si está cambiando la puerta a través de 100Ω y la puerta tiene una capacidad de 7700pF, el tiempo de subida sería de $ 100 × 7.7e-9 = 770ns \ $ para una carga del 63.2%. Ajuste ese tiempo para adaptarse al voltaje de umbral exacto y, por supuesto, al voltaje de su unidad.

Supongamos que tiene PWM de 8 bits, es posible 256 valores, por lo que necesita un mínimo absoluto de 770ns * 256 segmentos de tiempo para la conmutación, que es 197.120µs, o una frecuencia máxima absoluta de 5073Hz. Lo limitaría a la mitad para asegurar un mínimo de una porción de tiempo de unidad de nivel entre el encendido y el apagado.

Por supuesto, eso es sólo un valor aproximado. Si lee ese PDF y lo compara con los valores en la hoja de datos, es posible que pueda encontrar valores más precisos.

Cuando un paso golpea una puerta mosfet, hay un cierto retraso antes de que el mos esté completamente activado. Esto debe tenerse en cuenta si no desea terminar con un MOS que pasa la mayor parte del tiempo activando (desactivando) en lugar de (no) conducir en sus estados ideales, es decir, "completamente encendido" y "completamente apagado" .

Cuando llegan los pasos, suceden dos cosas: la capacidad de la fuente de la compuerta debe cargarse y la región de inversión debe formarse debajo de la compuerta. Hay una especie de retraso "muerto", es decir, no ocurre nada, tanto al encender como al apagar, ya que cuando la carga en la puerta está por debajo o por encima de un cierto umbral, no puede fluir ninguna corriente (o toda la corriente posible): El tiempo de retardo.

Los tiempos de subida y bajada tienen en cuenta el tiempo que la corriente necesita para alcanzar su valor máximo, o cero, es como si estuviera caminando a lo largo de las características del mos en la región lineal (tríodo).

Si bien los tiempos de demora son bastante constantes, los tiempos de subida y bajada dependen en gran medida del voltaje de la compuerta:

• al encender, cuanto más alto sea el voltaje de la compuerta de objetivo , menor será el tiempo de subida
• al apagar, cuanto más bajo sea el voltaje de compuerta de start , menor será el tiempo de caída

A veces maneja la puerta con un alto voltaje para encenderla rápidamente, luego vuelve al mínimo \ $ V_ {GS} \ $ que garantiza la saturación para que el apagado también sea más rápido.

Sobre sus tiempos, comenzaría sumando el retraso y el tiempo de subida (caída) para cada transición:

$$ t_ {ON} = t_ {d (on)} + t_r = 480ns \\ t_ {OFF} = t_ {d (off)} + t_f = 2100ns $$

Supongamos que desea gastar como máximo el 1% de su tiempo para encender o apagar su mos: toma \ $ t_ {ON} + t_ {OFF} = 2580ns \ $, multiplíquelo por 100 y tendrá su período : 258000ns, o 258us, eso es aproximadamente 4kHz. En los comentarios simplemente estaba descuidando el tiempo de activación.

1% es un límite bastante conservador de todos modos, significa que la onda realmente parece una onda cuadrada si la ves a través de un alcance. Probablemente pueda subir un poco más y estar seguro, es decir, no está disipando mucho.