¿Cómo aumentar la velocidad de conmutación de mosfet y disminuir las pérdidas de conmutación?

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Espero que esta no sea una pregunta demasiado amplia, pero ¿cuáles son las mejores prácticas para lograr un cambio rápido en un MOSFET impulsado por una señal PWM?

Mi conocimiento actual me dice que puedo hacer dos cosas:

1 - Para usar la frecuencia PWM más baja posible, porque las pérdidas de conmutación son más altas en las frecuencias más altas.

2 - Conduzca la puerta con la máxima corriente posible, para superar la capacitancia de la puerta lo antes posible. Para hacer esto, evito agregar una resistencia entre la MCU y la puerta, o agrego un transistor de propósito general entre la MCU y el mosfet, por lo que puedo conducir la puerta con una corriente más alta.

Actualmente, tengo un PWM que debe ejecutarse al menos a 100 kHz usando un mosfet IRLZ44 de canal N, por lo que el primer punto no es aplicable y el segundo no es suficiente para darme pérdidas de conmutación aceptables. Mis mosfets se están sobrecalentando y me gustaría encontrar una solución mejor que usar un disipador de calor más grande.

¿Debo buscar un mosfet mejor? O tal vez, ¿debería intentar agregar un condensador de alguna manera para que se active cuando la señal PWM aumenta, aumentando la corriente a través de la compuerta? ¿O hay otras formas de lograr un cambio más rápido?

Actualizar:

Pensé que la pregunta no necesitaba un diagrama de circuito de ejemplo, pero aquí va:

Llegué a este circuito basado en otras preguntas que hice aquí. Estoy usando 5V y la carga es de aproximadamente 1A. Como puedes ver, estoy conduciendo un transformador. En esta configuración, tengo 10 Vpp en el transformador primario, y el secundario lo eleva a 1500 Vpp.

Basándome en los comentarios y las respuestas actuales, ya tengo bastante claro que usar un controlador es la forma más fácil, más barata y más sencilla de lograr menos pérdidas por piquetes. Pero si hay una manera de mejorar el circuito sin un controlador, me interesaría saberlo.

    
pregunta Marcovecchio

4 respuestas

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  1. proporciona un circuito de control de puerta adecuado que puede hundir / generar una corriente lo suficientemente alta y a una velocidad de giro decente (otros han publicado acerca de un gatedrive dedicado)

  2. Elija correctamente la resistencia de su compuerta w.r.t. Curva de carga de la puerta (o capacitancia total de la puerta). Demasiado alto y cambiará más lento y más pérdidas de conmutación. Demasiado bajo y existe la posibilidad de que suene el cct de potencia (aumenta sus pérdidas) y, en el peor de los casos, configurar una oscilación de penetración.

  3. Si está cambiando una carga inductiva, MANTENGA la inductancia parásita entre el cátodo del diodo de rueda libre y el FET muy, muy bajo (no tan bajo como sea posible, vuelva a colocarlo si es necesario)

  4. Nuevamente, si está cambiando la carga inductiva, no pase por alto la recuperación inversa del diodo. elegir un diodo apropiado

  5. Minimice la inductancia del cable de la fuente de la puerta (par trenzado, corto), una vez más no es corto para mayor comodidad, lo más corto posible.

  6. si está cambiando de potencia, minimice la inductancia parásita del capacitor DClink a granel. Nuevamente, no es corto por conveniencia, sino lo más corto posible.

  7. considere alguna forma de barra de laminas w.r.t. 5

respondido por el JonRB
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Elija un MOSFET mejor o use un controlador push-pull como este: -

ObservequeestechiputilizaMOSFETidénticosenlaetapadesalida.AquíhayotroqueusaelFAN7842deFairchild:-

Tambiéndebesasegurartedequehayasuficientetiempomuertoentreunapagadoyelotroencendido.

AmbosdispositivossepuedenusarparacontrolarsalidasMOSFETindividualessiesnecesario.AquíhayunoqueimpulsaunMOSFETdeladoalto:-

EvitarlosdispositivosdecanalPleotorgaráunpocomásdeeficiencia(alertadegenralismo). Este es un conjunto útil de imágenes para dar otras ideas.

    
respondido por el Andy aka
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Como indica Andy aka, hay toneladas y toneladas de controladores MOSFET integrados disponibles, y funcionan realmente bien con un mínimo de piezas.

Pero en caso de que desee un diseño único con partes discretas, aquí tiene un punto de partida: (el interruptor representa su microcontrolador, o lo que sea que esté impulsando este acuerdo)

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Q1 y Q2 son un par de seguidores emisores push-pull. Su salida (en la compuerta M1) se mantiene aproximadamente al mismo voltaje que la entrada (módulo, el voltaje del emisor de base), pero la ganancia de corriente del BJT multiplica la corriente disponible desde la entrada.

En consecuencia, necesitará algo conectado a la entrada que pueda alcanzar el voltaje de la compuerta que querrá usar. Si está utilizando un microcontrolador, su voltaje de salida será probablemente de 3.3V o 5V. Puede encontrar MOSFET diseñados para trabajar con estos voltajes de compuerta, pero la mayoría de los MOSFET de potencia funcionan mejor con algo más como 12 V, por lo que deberá agregar circuitos adicionales para realizar la conversión de voltaje. Vea conducir el lado bajo de un puente mosfet con 3.3V que también incluye un controlador discreto de compuerta MOSFET más complejo.

    
respondido por el Phil Frost
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La buena unidad de compuerta es un paso en la dirección correcta y se ha indicado en otras respuestas. Ahora es el momento de ver T1. Habrá una cierta inductancia de fuga entre cada pata de la TC primaria. Cuando apagas Q5 o Q6, la corriente se interrumpe. La energía almacenada en la inductancia de fuga entrará en picos de alto voltaje horribles en tu circuito .Debe lidiar con esto para detener la falla de Mosfet. Cuando conecte las cifras del estadio para esta energía inductiva que se está perdiendo en su circuito y multiplique por la frecuencia para estimar la pérdida de potencia, encontrará que estas pérdidas son malas. Por lo tanto, intente recuperar el desperdicio potencia para limitar los picos de voltaje y mantener frescos a los mosfets. Una forma directa de recuperar esta energía es construir su amortiguador pasivo que quema la energía en una resistencia para que las defensas no vuelvan a explotar. Luego optimice las formas de onda. Ahora decida si desea ponga la energía en la entrada o la salida o algún dispositivo auxiliar como, por ejemplo, lo que hice fueron los ventiladores de refrigeración. Ahora, todo lo que necesita hacer es construir un pequeño convertidor de CC / CC para hacer esto. Debe poder recuperar el 90% sin demasiado esfuerzo También puede probar un sistema de pinza activo. Las pinzas activas son fáciles de manejar. No he implementado una pinza activa.

    
respondido por el Autistic

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