गेट कैपेसिटेंस बनाम n-ch FET में गेट चार्ज और गेट के चार्जिंग / डिस्चार्जिंग के दौरान बिजली अपव्यय की गणना कैसे करें

Question

मैं एक MOSFET ड्राइवर ( TC4427A ) का उपयोग कर रहा हूं , जो लगभग 30ns में 1nF गेट कैपेसिटेंस चार्ज कर सकता है।

दोहरी एन-ch MOSFET मैं उपयोग कर रहा हूँ (Si4946EY) 30nC (अधिकतम) fet प्रति का एक गेट प्रभारी है। मैं केवल अब के लिए एक पर विचार कर रहा हूं क्योंकि दोनों मरने पर समान हैं। मैं 5V को गेट चला रहा हूं। (यह एक तर्क स्तर की भ्रूण है।)

क्या इसका मतलब है कि मैं कैपेसिटी को काम करने के लिए क्यू = सीवी लागू कर सकता हूं? C = 30nC / 5V = 6nF। तो मेरा ड्राइवर लगभग 180ns में गेट को पूरी तरह से चालू कर सकता है।

क्या मेरा तर्क सही है?

MOSFET का गेट प्रतिरोध अधिकतम पर निर्दिष्ट किया गया है। 3.6 ओम का। क्या इससे ऊपर की गणना पर कोई प्रभाव पड़ेगा? ड्राइवर में 9 ओम प्रतिरोध है।

क्या चार्ज के बदले गेट को डिस्चार्ज किए जाने पर कोई महत्वपूर्ण अंतर है? (भ्रूण को बंद करना)

एक साइड सवाल के रूप में, 180 के दौरान भ्रूण पूरी तरह से चालू नहीं होता है। तो आरडीएस (नहीं-काफी-ओएन) काफी अधिक है। मैं कैसे गणना कर सकता हूं कि इस दौरान कितना बिजली अपव्यय होगा?

Comments

ऐसा लगता है कि आपका स्विचिंग समय ड्राइवर चिप की देरी और स्विचिंग समय तक सीमित होगा। ऑन और ऑफ में थोड़ा अंतर होता है, ड्राइवर चिप का आउटपुट चरण एक टोटेम पोल ड्राइवर है। आप डायोड के साथ टर्न-ऑफ समय को तेज कर सकते हैं। 30-40 एनएस एक बहुत ही कम समय है :-) यदि आप बिजली अपव्यय के बारे में चिंतित हैं, तो आपको यह समझने की आवश्यकता है कि आप कितनी बार स्विच करेंगे।

— मोर्टन

@morten: ओपी एक FET ड्राइविंग के बारे में बात कर रहा है - मैंने सोचा कि डायोड स्पीड-अप बात केवल BJT ड्राइविंग पर लागू होती है?

— दाविदकरी

इनाम को पहले उत्तर से सम्मानित किया जाएगा जो मेरे सभी सवालों का जवाब देता है - समय पर चालू करें, गेट और ड्राइवर प्रतिरोध, डिस्चार्ज / चार्ज समरूपता और आरडीएस का प्रभाव (नहीं-काफी-पर)

— थॉमस ओ

Answer 1

जैसे एंडोलिथ कहते हैं कि आपको मापदंडों के लिए शर्तों को देखना होगा। 30nC = 10V के लिए एक अधिकतम मूल्य है । डेटाशीट के पेज 3 पर ग्राफ आमतौर पर 10nC @ 5V कहता है, फिर C = 10 n $V_{GS}$ = 2 एन एफ। एक अन्य ग्राफ पेज 3 पर भीCISS केलिए 1nF का मान देता है। विसंगति इसलिए है क्योंकि समाई स्थिर नहीं है (यही कारण है कि वे एक चार्ज मूल्य देते हैं)। $\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

गेट प्रतिरोध वास्तव में एक प्रभाव होगा। गेट के समय लगातार हो जाएगा (9 $\Omega$ + 3.6 ) × 2NF = 25ns के बजाय 9 Ω × 2NF = 18ns।$\Omega$$\times$$\Omega \times$

सिद्धांत रूप में स्विच ऑन और ऑफ करने के बीच थोड़ा अंतर होगा, क्योंकि जब आप स्विच करते हैं तो उच्च तापमान से शुरू होता है। लेकिन अगर चालू और बंद के बीच का समय छोटा है (यहां बहुत सी मार्जिन है, हम दसियों सेकंड के बारे में बात करते हैं) तापमान स्थिर है, और विशेषता कम या अधिक सममित होगी।

आपके पक्ष प्रश्न के बारे में। यह आमतौर पर डेटाशीट्स में नहीं दिया जाता है, क्योंकि वर्तमान , वी डी एस और तापमान पर निर्भर करेगा , और 4-आयामी ग्राफ़ दो आयामों में अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं। इसका उपाय एकमात्र उपाय है। एक तरीका है I D को रिकॉर्ड करना$V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$ और ग्राफ़ को ऑफ और ऑन के बीच और दोनों को गुणा करें और एकीकृत करें। यह संक्रमण सामान्य रूप से तेजी से होगा, इसलिए आप शायद केवल कुछ बिंदुओं को माप सकते हैं, लेकिन इससे आपको एक अच्छा अनुमान मिल सकता है। संक्रमण को अधिक धीरे-धीरे करने से अधिक अंक मिलेंगे, लेकिन तापमान अलग होगा, और इसलिए परिणाम कम सटीक होगा।$V_{DS}$

Answer 2

डेटाशीट की युक्ति V _GS = 10 V कहती है , इसलिए नहीं। यह C = 30 nC / 10 V = 3 nF होगा। लेकिन यह एक परम अधिकतम है।

एकल समाई मूल्य के बजाय, वे पृष्ठ 3 पर एक ग्राफ़ के रूप में समाई को निर्दिष्ट करते हैं । c _iss c _rss और c _oss का अर्थ इस दस्तावेज़ आकृति 5 में दिया गया है । मुझे लगता है कि आप c _{iss के} बारे में सबसे अधिक ध्यान रखते हैं , जो लगभग 900FF है चार्ट के अनुसार।

Comments

-1, गेट कैपेसिटेंस का निर्धारण करने के लिए Ciss, Crss, Coss का उपयोग करके इस प्रकार निर्धारित करना कि स्विचिंग लॉस गलत है। Ciss, Crss, Coss, छोटे सिग्नल इनपुट / आउटपुट

— कैपेसिटी

@ नैब: बड़े सिग्नल कैपेसिटेंस अलग कैसे होते हैं और आपको इसका एक नमूना कहां मिलेगा?

— एंडोलिथ

खैर Ciss, Crss, Coss 1MHz पर Vgs = 0V के साथ किया जाता है ... Qgate और इस तरह Cgate को IGBT या MOSFET इनपुट कैपेसिटेंस आंकड़ों से कभी भी गणना नहीं की जानी चाहिए, ये मूल के आसपास गेटकेच कर्व के केवल 1 ऑर्डर हैं। स्विचिंग उपकरणों का गेट चार्ज वक्र अत्यधिक गैर-रैखिक (अंजीर 5) है कि फ्लैट अवधि मिलर प्लेटू है और एक संधारित्र के रूप में प्रकट होता है। चार्ज श्राप का 1 रैखिक खंड गेट-सोर्स को चार्ज करने के साथ टूडू है, फ्लैट अवधि मिलर कैपेसिटर (गेट-नाली) का मुकाबला कर रहा है।

— जॉनआरबी

@JonRB इनपुट कैपेसिटी का अनुमान प्राप्त करने के लिए आप क्या उपयोग करेंगे? ऐसा लगता है कि Ciss केवल पठार वोल्टेज को मारने से पहले 0 से Vgs के लिए एक वैध अनुमान होगा। और हमें Ciss क्यों दिया जाता है अगर हम इसके बजाय गेट चार्ज का उपयोग कर सकते हैं एक बहुत करीब सन्निकटन पाने के लिए?

— बिग 6

Answer 3

MOSFET स्विचिंग पर इस फेयरचाइल्ड ऐप नोट को संदर्भित करते हुए , यह Infineon नोट फिगर-ऑफ-मेरिट पर , इस IR नोट और मेरे अपने अनुभव पर:

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

$Q_{gs}$$I_D$$V_{DS}$$Q_{gd}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$ । यह EETimes लेख विभिन्न स्थितियों के लिए गणितीय रूप से स्विचिंग नुकसान की गणना करने के तरीके का वर्णन करता है, जिसे मैं यहां विस्तृत नहीं करूंगा।

चार्जिंग करंट निर्धारित करने के लिए जो भी बाहरी प्रतिरोध होता है, उसके साथ MOSFET गेट प्रतिरोध जोड़ा जाता है। आपके मामले में, चूंकि आप केवल 5V चार्ज कर रहे हैं, आप अपने ड्राइवर की वर्तमान क्षमता को अधिकतम नहीं करेंगे।

गेट को डिस्चार्ज करना अपेक्षाकृत इसे चार्ज करने के समान है, जहां तक ​​थ्रेसहोल्ड समान हैं। यदि टर्न-ऑन थ्रेसहोल्ड 4V है, और आप 5V चार्ज करते हैं, तो आप कल्पना कर सकते हैं कि टर्न-ऑन समय में कुछ छोटी विषमता होगी बनाम टर्न-ऑफ समय बनाम जब से आप टर्न-ऑफ पाने के लिए केवल 1 वी का निर्वहन कर रहे हैं। बनाम 4 वी चालू करने के लिए।

पहले की टिप्पणी के अनुसार, MOSFET ड्राइव सर्किट में प्रतिरोधों और डायोड के नेटवर्क को टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ चार्जिंग धाराओं को दर्ज़ करना काफी आम है।

Answer 4

टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ के दौरान बिजली अपव्यय

आप सोच सकते हैं कि उन बदलावों के दौरान जो ट्रांजिस्टर गर्म हो रहा है, उसका ट्रांजिस्टर के आंतरिक वोल्टेज और धाराओं और धारिता से कुछ लेना-देना है।

व्यवहार में, जब तक आप किसी स्विच को पर्याप्त रूप से जल्दी से बंद या बंद करते हैं, तब तक स्विच का आंतरिक विवरण अप्रासंगिक हो जाता है। यदि आप स्विच को सर्किट से पूरी तरह से बाहर निकालते हैं, तो सर्किट में अन्य सामान अनिवार्य रूप से दो नोड्स के बीच कुछ परजीवी कैपेसिटेंस सी होता है जो स्विच चालू और बंद होता है। जब आप उस सर्किट में किसी भी प्रकार का स्विच डालते हैं, तो स्विच बंद होने के साथ, वह कैपेसिटेंस कुछ वोल्टेज V तक चार्ज हो जाता है, CV ^ 2/2 वाट ऊर्जा का भंडारण करता है।

कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह किस प्रकार का स्विच है, जब आप स्विच को चालू करते हैं, तो उस स्विच में सभी CV ^ 2/2 वाट ऊर्जा का प्रसार होता है। (यदि यह वास्तव में धीरे-धीरे स्विच करता है, तो शायद उस स्विच में और भी अधिक ऊर्जा का प्रसार होता है)।

अपने mosfet स्विच में विघटित ऊर्जा की गणना करने के लिए, कुल बाह्य समाई C को खोजें, जो (शायद ज्यादातर परजीवी) से जुड़ा हुआ है, और वोल्टेज V कि स्विच चालू होने से ठीक पहले स्विच के टर्मिनलों को चार्ज करता है। किसी भी प्रकार के स्विच में ऊर्जा का प्रसार होता है

• E_turn_on = CV / 2

प्रत्येक मोड़ पर।

आपके FET गेट को चलाने वाले प्रतिरोधों में ऊर्जा का प्रसार होता है

• E_gate = Q_g V

कहाँ पे

• वी = गेट वोल्टेज स्विंग (आपके विवरण से, यह 5 वी है)
• Q_g = ट्रांजिस्टर को चालू या बंद करने के लिए आप गेट पिन के माध्यम से कितनी चार्ज करते हैं (FET डेटा शीट से, यह 5 V पर 10 nC है)

उसी E_gate ऊर्जा को टर्न-ऑन के दौरान, और फिर से टर्न-ऑफ के दौरान अलग किया जाता है।

उस E_gate ऊर्जा का कुछ ट्रांजिस्टर में प्रसार होता है, और इसमें से कुछ FET ड्राइवर चिप में प्रसारित होता है - मैं आमतौर पर एक निराशावादी विश्लेषण का उपयोग करता हूं जो मानता है कि ट्रांजिस्टर में सभी ऊर्जा नष्ट हो गई है, और उस ऊर्जा से भी सभी नष्ट हो गई हैं। FET ड्राइवर में।

यदि आपका स्विच पर्याप्त रूप से तेजी से बंद हो जाता है, तो टर्न-ऑन के दौरान विघटित ऊर्जा की तुलना में आमतौर पर टर्न-ऑफ के दौरान प्रसारित ऊर्जा नगण्य होती है। आप एक सबसे खराब स्थिति (अत्यधिक आगमनात्मक भार के लिए) रख सकते हैं

• E_turn_off = IVt (सबसे खराब स्थिति)

कहाँ पे

• मैं टर्न-ऑफ से ठीक पहले स्विच के माध्यम से करंट हूं,
• V, टर्न-ऑफ, और बस के बाद स्विच में वोल्टेज है
• t स्विचिंग का समय चालू है।

फिर भ्रूण में विघटित शक्ति होती है

• P = P_switching + P_on

कहाँ पे

• P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * स्विचिंग क्षमता
• स्विचिंग_फ्रीक्वेंसी प्रति सेकंड बार की संख्या है जो आप स्विच को साइकिल करते हैं
• P_on = IRd = स्विच चालू रहने पर बिजली विघटित
• जब स्विच चालू होता है तो मैं औसत करंट होता हूं,
• R FET का ऑन-स्टेट प्रतिरोध है, और
• d उस समय का अंश है जो स्विच चालू है (सबसे खराब स्थिति के अनुमान के लिए d = 0.999 का उपयोग करें)।

कई H पुलों (आमतौर पर अवांछित) बॉडी डायोड का फ़ायदा उठाकर फ्लाइबैक डायोड के रूप में इंडक्टिव फ्लायबैक करंट को पकड़ लेते हैं। यदि आप ऐसा करते हैं (बल्कि बाहरी Schottky कैच डायोड का उपयोग करते हैं) तो आपको उस डायोड में विस्थापित शक्ति में भी जोड़ना होगा।