significado de MOSFET "región lineal" en el contexto de pérdidas de conmutación

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En el contexto de los circuitos de conmutación MOSFET (PWM, control del motor, etc.) He leído que la "región lineal" de la operación es donde no desea estar por mucho tiempo, porque aquí es donde hay una gran potencia. El MOSFET. Por ejemplo, esta respuesta :

  

está impulsando el MOSFET en su región lineal (disipación de potencia)

O esta nota de aplicación de International Rectifier :

  

Si el dispositivo funciona como un interruptor, una corriente transitoria grande   La capacidad del circuito de excitación reduce el tiempo empleado en la región lineal, lo que reduce las pérdidas de conmutación.

Sin embargo, Wikipedia ofrece estas definiciones :

  • región lineal: \ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $ y \ $ V_ {DS} < (V_ {GS} - V_ {th}) \ $
  • modo activo: \ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $ y \ $ V_ {DS} ≥ (V_ {GS} - V_ {th}) \ $

Es decir, \ $ V_ {DS} \ $, y así la potencia en el MOSFET, es menor en la región lineal que en el modo activo. Por lo tanto, creo que es el momento en el modo activo que uno querría evitar. Cuando se cambia de off a on , uno comienza en cutoff, pasa al modo activo lo más rápido posible para minimizar las pérdidas, y luego termina en la región lineal.

Pero, no puedo conciliar esto con los ejemplos anteriores, que tratan sobre minimizar el tiempo en la región lineal. ¿Dónde está la inconsistencia?

    
pregunta Phil Frost

5 respuestas

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"Región lineal" en las respuestas que usted cita se usa de forma un tanto vaga. A menudo decimos "región lineal" o "operación lineal" en la electrónica cuando nos referimos a la operación intermedia en la que se mantiene el voltaje en algún lugar entre los rieles de la fuente de alimentación (según se adjunta a uno de ellos) o un dispositivo como un transistor es se mantiene en la región central donde no está completamente activada o desactivada. A menudo, los dispositivos no son tan lineales en esta "región lineal", pero es un nombre que se atascó desde hace mucho tiempo donde la región lineal era igual a la operación de conmutación o la región recortada.

Es esta región "lineal" media donde el dispositivo disipará una potencia significativa. Si el dispositivo es un interruptor ideal, entonces no puede disipar la energía cuando está abierto ya que la corriente es cero, o cuando está cerrado porque el voltaje es cero.

Esto es diferente de la "región lineal" cuando se habla de la física del dispositivo o de las características de los detalles de un MOSFET. Allí, "lineal" puede significar "corriente aproximadamente lineal con voltaje aplicado", lo que también significa que el MOSFET está actuando como una resistencia según se parece más a una fuente de corriente. Eso es diferente de la "región lineal" desde la perspectiva general del circuito.

Sí, depende del contexto y puede ser confuso. Si necesita ser preciso, use números reales.

    
respondido por el Olin Lathrop
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"Región lineal" es, desafortunadamente, el término más inconsistentemente usado cuando se trata de MOSFET. Puede significar exactamente lo contrario según el autor. Comparar:

Imagende esta nota de aplicación .

De este libro de texto , que llama a la región izquierda "región lineal".

También tenga en cuenta que JEDEC ha elegido "región óhmica" y, respectivamente, "región de saturación" como su elección de terminología estándar para MOSFET (como en la primera figura de arriba). Esto se proporciona en JESD77b en la página "4-31". Evitaron llamar a cualquier región "lineal".

    
respondido por el Fizz
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Región lineal en este contexto significa la región en la que no desea operar porque el Id. del producto · Vds es grande, por lo que tiene muchas pérdidas. Desea minimizar las pérdidas en el transistor al tener el transistor completamente encendido o apagado.

Elcambioentrelosdosestadosdebeserlomásrápidoposibleporqueestarallígenerapérdidas.

El área debajo de la curva azul es la energía disipada en el dispositivo. Cambiar más lento hace que el área sea más grande.

Si echa un vistazo al encendido por conmutación habitual

oapagado

Puede ver que durante un tiempo hay un alto voltaje y una alta corriente presentes en el dispositivo al mismo tiempo. Cambiar más rápido minimiza el tiempo que se pasa en esa área.

Hay formas de minimizar las pérdidas de conmutación utilizando una conmutación de voltaje cero o de corriente cero. Debe diseñar su convertidor de tal manera que solo cambie cuando el voltaje o la corriente en el transistor estén cerca de cero. De esta manera, el producto de potencia de Id · Vds también está cerca de cero.

    
respondido por el Szymon Bęczkowski
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El gráfico que muestra la energía parece tener el tiempo como su eje. Puede ser útil graficar la potencia en función de la caída de voltaje, suponiendo una carga resistiva (por ejemplo, una fuente de alimentación de 10 voltios y una carga de un ohmio). Cuando el dispositivo está completamente apagado, cero corriente por lo tanto cero potencia. Cuando está completamente encendido, muy baja caída de voltaje (por ejemplo, 0.2 voltios) y por lo tanto baja potencia (9.8 amperios, entonces 1.96 vatios). Cuando "la mitad" está encendida, una caída de voltaje significativa (5 voltios) y una corriente significativa (5 amperios), por lo que la potencia es grande (25 vatios).

    
respondido por el supercat
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Hay un poco de confusión en cuanto a qué lado del gráfico está etiquetado como la región "lineal". Si está utilizando un MOSFET para el cambio de PWM, siempre debe intentar mantenerse dentro de la región izquierda del gráfico.

Recuerde que un MOSFET es un dispositivo limitador de corriente controlado por voltaje. Cuando exista suficiente voltaje entre la puerta y los pines de la fuente (\ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $), el MOSFET permitirá que la corriente fluya, hasta un límite. El límite de corriente está determinado por \ $ V_ {GS} \ $ y puede variar según la parte específica (consulte el gráfico en su hoja de datos).

Si intenta dibujar más corriente que este límite, está ingresando a la región correcta del gráfico. Aquí es donde el MOSFET actuará como la cantidad de resistencia necesaria para mantener esa corriente limitada. Como cualquier resistencia con alta corriente, hace mucho calor. Debido a que actúa como una resistencia, ahora hay un voltaje significativo en los pines de drenaje y fuente (\ $ V_ {DS} ≥ (V_ {GS} –V_ {th} \ $)).

AlusarelMOSFETparaelcambiodePWM,asegúresedequeestáaplicandosuficiente\$V_{GS}\$paraqueellímitedecorrientedelMOSFETseamayorquelacantidaddecorrientedesuventilador/motor/etc.vaadibujarConlosMOSFETdepotencia,recomiendousarelmismovoltajepara\$V_{GS}\$queestáusandoparaalimentarelventilador/motor/etc.símismo;estoasegurarálostiemposdeconmutaciónmásrápidos,reduciendoeltiempoquepasaenlaregióncorrectadebidoalacarga/descargadelapequeñacapacidaddelMOSFET.AquíhayunejemploqueusaunamplificadoroperacionalparaaumentarelvoltajedePWM:

ACTUALIZACIÓN:AquíhayotroejemploqueusauntótemparaconducirlapuertaMOSFET.Estotienelaventajadeconducirlapuertaconunacorrientealta.

Nota:debidoalsegundoMOSFETN-ch,laseñalPWMseinvierte,cambiéelgatilloschmittaltipodeinversiónpararectificaresto.

    
respondido por el Zista

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