Bagaimana cara merancang nilai resistor gerbang?

Ini adalah lembar data IC driver yang saya kerjakan (LM5112).

Berikut ini adalah diagram aplikasi modul.

Pada dasarnya ini adalah rangkaian driver GATE untuk MOSFET dengan sinyal PDM sebagai input. Saya mencari cara menghitung nilai resistor input MOSFET (R3)?

Tegangan input MOSFET (VDS) = 10V Daya keluaran yang dibutuhkan adalah 200W.

Pertanyaan:

1) Bagaimana cara menghitung resistor input MOSFET?

2) Apa faktor yang mempengaruhi perhitungan resistor input MOSFET?

3) Apa yang akan menjadi nilai resistor maksimum dan minimum yang mungkin dan efek dalam rangkaian jika nilai resistor diubah (Meningkat atau berkurang)?

Harap beri tahu saya jika ada informasi lebih lanjut.

Jika Anda memilih driver ini, yang memiliki arus keluaran besar (7A) maka saya kira Anda perlu gerbang drive saat ini untuk mengganti FET yang sangat besar sangat cepat.

Gerbang resistor hanya akan memperlambat segalanya dengan mengurangi arus drive gerbang, sehingga nilai optimalnya adalah nol ohm. Nilai maksimumnya tergantung pada kerugian switching yang dapat diterima (switching yang lebih lambat menyebabkan kerugian switching yang lebih banyak).

Gerbang resistor masih dapat memiliki kegunaan:

• Perlambat switching untuk mengurangi EMI. Tetapi dalam hal ini Anda sebaiknya menggunakan driver yang lebih lemah (lebih murah).
• Kurangi lonjakan saat ini yang diambil dari pasokan selama penyalaan MOSFET. Jika decoupling lokal tidak cukup baik, arus ini dapat membuat VCC melorot, memicu UVLO chip. Untungnya pinout chip membuatnya mudah untuk mencapai decoupling induktansi rendah.
• Dalam hal tata letak suboptimal dengan jejak gerbang panjang. Ini menambahkan induktansi di gerbang yang dapat menyebabkan MOSFET berosilasi. Sebuah resistor akan mengurangi osilasi, dengan biaya switching yang lebih lambat. Ini sedikit bantuan band, tata letak yang ketat lebih disukai.

Saya akan menyarankan untuk meletakkan tapak resistor untuk berjaga-jaga, dan mulai dengan jumper 0R.

Memahami Gerbang A MOSFET

MOSFET adalah perangkat luar biasa yang memberikan banyak manfaat saat mengemudi berbagai muatan. Fakta bahwa mereka digerakkan oleh tegangan dan bahwa, ketika dinyalakan, mereka memiliki resistansi yang sangat rendah menjadikannya perangkat pilihan untuk banyak aplikasi.

Namun, bagaimana sebenarnya gerbang itu bekerja mungkin adalah salah satu karakteristik yang paling sedikit dipahami bagi banyak orang adalah desainer.

Mari kita lihat sirkuit MOSFET khas Anda.

CATATAN: Saya hanya akan menggambarkan perangkat N-Channel di sini, tetapi P-Channel bekerja dengan mekanisme yang sama.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{mensimulasikan rangkaian ini}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

Untuk memperumit masalah lebih lanjut, kapasitansi tersebut tidak konstan dan berubah tergantung pada voltase yang diberikan. Contoh khas ditunjukkan di bawah ini.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

CATATAN: Dimungkinkan untuk menggunakan dua resistor gerbang, dengan dioda terkait jika batas sumber dan sink berbeda pada driver, atau kebutuhan untuk mempertajam turn on atau off edge.

Pengaturan waktu adalah segalanya

Ok, jadi sekarang mungkin Anda bisa melihat mengapa resistor gerbang itu penting. Namun Anda sekarang perlu memahami implikasi dari memiliki gerbang itu dan apa yang terjadi jika itu terlalu besar.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Mari kita menganalisis rangkaian sederhana ini.

Di sini saya telah memilih MOSFET khas yang memiliki resistansi masukan sekitar 2,5 ohm. Dengan saluran yang dialirkan ke tanah seperti ditunjukkan di atas, jejak-jejak berikut dapat diplot di tepi atas pulsa.

$R_{Gate}$

Tepi jatuh pulsa, tidak mengherankan, serupa.

Ok jadi mari kita terapkan tegangan kecil, 1V, ke gerbang, dengan resistor beban 1 Ohm.

Ada tiga hal yang harus Anda perhatikan di jejak di atas.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Jika Anda memiliki mata elang, Anda mungkin juga melihat sedikit defleksi pada I (R_GATE) ketika MOSFET menyala.

Ok sekarang izinkan saya menunjukkan kepada Anda tegangan yang lebih realistis dengan 10V dan 10 Ohm pada beban.

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

Pada titik ini, sesuatu seharusnya menjadi jelas bagi Anda. Itu adalah...

Nyalakan penundaan berubah dengan tegangan beban!

$C_{GD}$

Mari kita tingkatkan hingga max yang dapat ditangani oleh perangkat ini, 300V, masih dengan beban 1A.

Perhatikan tempat datar sekarang SANGAT panjang. Perangkat tetap dalam mode linier dan membutuhkan waktu lebih lama untuk hidup sepenuhnya. Sebenarnya saya harus memperluas basis waktu pada gambar ini. Gerbang saat ini sekarang dipertahankan selama sekitar 6uS.

Melihat waktu mematikan itu bahkan lebih buruk dalam contoh ini.

$C_{GD}$

Ini berarti jika Anda memodulasi daya ke beban, frekuensi Anda dapat mengendarainya sangat tergantung pada tegangan yang Anda alihkan.

Semacam apa yang bekerja pada 100KHz pada 10V ... dengan arus gerbang rata-rata sekitar 400mA ...

Tidak memiliki harapan pada 300V.

Pada frekuensi ini daya yang dihamburkan dalam MOSFET, gate resistor dan driver mungkin akan cukup untuk menghancurkannya.

Kesimpulan

Selain penggunaan frekuensi rendah yang sederhana, MOSFET penyetelan halus untuk bekerja pada voltase dan frekuensi yang lebih tinggi membutuhkan sejumlah pengembangan yang cermat untuk mengekstraksi karakteristik yang mungkin Anda perlukan. Semakin tinggi Anda menjalankan semakin kuat driver MOSFET perlu sehingga Anda dapat menggunakan resistensi gerbang sesedikit mungkin.