avatar_qxov

Расчет необходимого тока драйвера полевого транзистора

Автор qxov, 20 Июнь 2013 в 01:19

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

qxov

Понял, что не понимаю, как правильно рассчитать необходимый ток драйвера.

Смотрю спецификацию на транзистор IPB025N10N3 И вижу:
Цитировать
Input capacitance 14800 pF max
Пфе! Легко! I = U_open * C_gate / t_open = 10 * 15000e-12 / 150e-9 = 1 А.

И все было хорошо, пока я не увидел надпись:
Цитировать
Gate charge total 206 nC max

Вот ведь... Ну ладно... I = Q_g / t_open = 206e-9/150e-9 = 1,37 А.

Уууу, мрачновато становится. А я еще думал четыре штуки спараллелить, да добрые люди отговорили. Я так понимю, что правильный расчет - второй?

И, в любом случае, важный вопрос: какое время открытия транзистора считается приемлемым, оптимальным, суперским?

варп

Мне тоже эта тема интересна...И ещё любопытно - есть контроллеры в которых 18-24 фета , чем они там (6-8) полевиков враз включают? Как там с драйверами вопрос решён ?

Wector

Цитата: qxov от 20 Июнь 2013 в 01:19
И, в любом случае, важный вопрос: какое время открытия транзистора считается приемлемым, оптимальным, суперским?
Это зависит от частоты коммутации и режима работы ключей - в резонансном режиме, например, не особо важна скорость перезаряда емкости затвора.
Сверхкомпактная зарядка https://electrotransport.ru/index.php?topic=43983.msg1021625#new
"Крутизна" на траекторию полета пули не влияет.

варп

[user]Wector[/user], мысль - глубокая ..., но для наших дел , видимо , бесполезная... :-)

all_bud

расчеты расчетами а на практике получилось так - драйвер IR4426, ток драйвера 1,5А фет IRF3205. частота 400Гц, Rg=22ом, полет нормальный. Емкость затвора 3247, время заряда 101.
Строить е-байки, это вам не "байки" на форуме строчить.
Мой байк https://electrotransport.ru/index.php/topic,13368.0.html
Мой контроллер https://electrotransport.ru/index.php/topic,17507.0.html

VasiliSk

[user]all_bud[/user], тю блин, на 400гц можно одним биполярным транзистором обойтись в роли драйвера. Гораздо больше интересно что будет на 100-200кГц

qxov

Цитата: all_bud от 21 Июнь 2013 в 10:52
расчеты расчетами а на практике получилось так - драйвер IR4426, ток драйвера 1,5А фет IRF3205. частота 400Гц, Rg=22ом, полет нормальный. Емкость затвора 3247, время заряда 101.
Расчеты всегда важны. Для IRF3205 и времени 101 нс получаем ток в худшем случае 146/101 = 1,45 А. Все сходится.

Плохо только что на исходный вопрос о времени заряда никто ответа дать не может (по току - правильно использовать формулу полный заряд / время).

Alex_Soroka

Цитата: qxov от 20 Июнь 2013 в 01:19
Понял, что не понимаю, как правильно рассчитать необходимый ток драйвера.
Смотрю спецификацию на транзистор IPB025N10N3 И вижу:
Цитировать
Input capacitance 14800 pF max
Пфе! Легко! I = U_open * C_gate / t_open = 10 * 15000e-12 / 150e-9 = 1 А.
Вот ведь... Ну ладно... I = Q_g / t_open = 206e-9/150e-9 = 1,37 А.
И, в любом случае, важный вопрос: какое время открытия транзистора считается приемлемым, оптимальным, суперским?

Формула:

Я вот сейчас много считаю :) на эту-же тему, но прочитав кучу литературы получается немного не так как вы написали.
1) нас интересует в преобразователях как бысто откроется полевик
2) нас интересует в преобразователях как бысто ЗАкроется полевик !
3) хватит ли нам времени в каждом цикле его открыть, а еще и закрыть(!) разрядив емкость затвора, и от этого получается "ток управления".

Я считаю для частоты 130кГц. ( t_open = 7,70E-06 , U_open = 10V )
1) IRFZ44
Формула : I = U_open * C_gate / t_open = 1,91 Ампера
Формула: I = Q_g / t_open =  0,008 Ампера

2) IRL2505
Формула : I = U_open * C_gate / t_open = 6,49 Ампера
Формула: I = Q_g / t_open =  0,017 Ампера

3) IRL3713
Формула : I = U_open * C_gate / t_open = 7,65 Ампера
Формула: I = Q_g / t_open =  0,014 Ампера

Как-то сильно разные значения тока драйвера...  :bn:

T-Duke

#8
Вставлю свои пять копеек.

Ключ открывается не сразу. Сначала емкость затвора заряжается до порогового напряжения (указано в даташите). Тут работает линейный закон заряда емкости через сопротивление. Дальше включается фифект Миллера и происходит собственно открытие ключа с отклонением от закона RC из-за ПОС через емкость Миллера.. А дальше после полного открытия емкость дозаряжается до напряжения драйвера. Но это уже для открытия пофиг.

На импульсный ток затвора влияет напряжение питания драйверов, и заданное время открытия/закрытия. Следует помнить, что кроме затворного сопротивления в процессе заряда затвора играет роль внутреннее сопротивление затвора (ищется в даташите), и выходное сопротивление драйвера (тоже даташит). Суммируем их и получаем полное сопротивление затворной цепи. Если хотим очень шустро открыть ключ, уменьшаем затворный резистор, но не забываем про выходное сопротивление драйвера и внутреннее сопротивление затворной цепи ключа. Можно поставить нулевой резистор, но скорость заряда будет ограничена драйвером и внутренним сопротивлением затвора.
Например для драйвера IR2113 выходное сопротивление составляет величину около 5Ом. К нему добавляем внутреннее сопротивление затвора. Порядка от ома, до нескольких ом.

Средний ток находится из заряда затвора и частоты ШИМ. Множим заряд затвора на частоту ШИМ, получаем средний ток. Импульсный считаем через напряжение драйвера и экспоненциальный закон для цепи RC.
Максимальное значение тока будет в момент начала, когда затворная емкость пуста и равно напряжению драйвера деленному на полное сопротивление затворной цепи. То есть например питание драйвера 10В, полное сопротивление затворной цепи 5Ом, максимальный ток 2А. А дальше по мере заряда, он будет всегда меньше. То есть максимальный ток в начале заряда, затем он падет по мере заряда емкости, по хорошо известному экспоненциальному закону.
И это если не учитывать паразитной индуктивности затворных цепей. Но это справедливо уже когда речь идет он временах открытия 5-10нс, и неудачной разводке затворных цепей. Думаю здесь о таких временах речи не идет.

При закрытии не забываем о коварности емкости Миллера. Если не учитывать этого, при резком закрытии например верхнего ключа, может открыться нижний.

T-Duke

#9
Цитата: qxov от 21 Июнь 2013 в 11:37
Плохо только что на исходный вопрос о времени заряда никто ответа дать не может (по току - правильно использовать формулу полный заряд / время).
А что тут давать? Это классика. Педивикия быстро научит если задать запрос "заряд емкости через сопротивление". Я например считаю, что емкость зарядится достаточно полно через время равное 5*RC. А полностью она не зарядится никогда. Но время 5RC достаточно для оценки.

Но по факту это сюда ни к чему. Вопрос был о токе драйвера. С ними мы разобрались. Как со средним, так и с максимальным. Средний ток через затвор = заряд затвора * на частоту ШИМ. Максимальный ток = напряжение драйвера / полное сопротивление затворной цепи. Если и интересует время заряда затвора само по себе то это время задержки включения. Но оно ни на что не влияет кроме как на фазировку в шустрых мостах. Основное значение имеет время открытия/закрытия. А оно хитрое и зависит от напряжения драйвера, сопротивления затворных цепей и соотношения емкости Миллера к емкости затвора. Можно и посчитать, но в даташитах на ключи указывается типовое время открытия ключа, для заданного напряжения драйвера и затворного резистора. При условии что выходное сопротивление драйвера намного меньше остальных сопротивлений.

Babylon4

Цитата: T-Duke от 30 Апр. 2016 в 18:41
Вставлю свои пять копеек.

При закрытии не забываем о коварности емкости Миллера. Если не учитывать этого, при резком закрытии например верхнего ключа, может открыться нижний.
Добавлю и свой пятачок.

Открытие обычно происходит без проблем, даже завышая номиналы затворных резисторов включение происходит без значительной задержки по фронтам, тем более задержка включения не вызывает проблем с коммутацией, но вот выключение совсем другая история даже небольшая  задержка приводи к КЗ, виновником этого считают плато Милера оно расположено примерно на уровне 3-5 вольт поэтому ток в этом месте уже в 3-4 меньше от первоначального значения, одним из решений которое иногда можно встретить это подача дополнительного отрицательного питания на драйвер, производители драйверов также иногда приводят примеры разводки драйвера, давая понять что драйвер в буквальном смысле висит на затворах полевика.   

TRO

Я в последнее время обленился, ситать не люблю, загоняю емкость затвора в симулятор и гоняю её током на нужной частоте, там сразу наглядненько на осцилограмме видно как все быстро. А когда высоковольтность тянет за собой дядю Миллера, приходится искусственно увеличивать емкость затвора, это что бы емкость сток-затвор в сговоре с дядей Миллером не так сильно влияла на затвор (типа меняем коэфициент емкостного делителя сток-затвор-исток в пользу исток-затвор). Такой финт с увеличением затворной емкости тянет за собой пропорциональное усиление тока драйвера  :-( . Драйвера желательно с отрицательным питанием, ибо в массе своей они не имеют на выходе нормального ограничителя тока, и в начале сильно перегружены и недогружены в конце (так как нагрузка емкость), а с отрицательным питанием ток от порога закрития до порога открытия становится более ровным (само собой с затворным резистором). Ну и где возможно по максимуму использовать снабберы.

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

tak1973

Спойлер
Подскажите, могу ли я без последствий для работы схемы заменить FAN7842 на IRS21867, с возможным уменьшением сопротивления затворной цепи NCEP85T14, чтобы время отпирания/запирания ФЕТа было немного меньше фронтов IRS21867? Конкретно меня беспокоит меньшее "мёртвое время" у IRS21867 - 35 против 50нс у FAN7842. Просто IRS21867 есть в наличии, да и по лапкам совпадает, а за FAN7842 надо в магазин бежать.

tak1973

Вопрос снят.
Просто уменьшу сопротивление в цепи затвора, чтобы ФЕТы открывались/закрывались быстрее фронтов драйвера.

Blik86

Цитата: tak1973 от 07 Нояб. 2020 в 16:32Далее посчитаем, какой нужен минимальный ток заряда/разряда затвора ФЕТ'а, чтобы скоростные характеристики ФЕТ'а - td(on)+tr(f) и td(off)+tf(f) - соответствовали дататшитовским
Время открытия/закрытия для транзисторов указывается вместе с сопротивлениями при которых они получены.

TRO

[user]tak1973[/user], Расчитать ток заряда-разряда это конечно хорошо, но еще и от схемотехники самой сильно зависит как линейно будет проходить заряд-разряд затвора. Есть критические применения где  феты эксплуатируются почти на полную загрузку, и невовремя или зятнутые закрытия-открытия чреваты бабахами (не успеет отработать даже аппартная защита). Есть у фетов еще такая штука как эффект миллера, например быстро открывающийся фет через емкость сток-затвор дает в свой же затвор ток противоположный открытию, и этот ток может даже перегрузить(а то и убить) жесткий драйвер (который с низким сопротивлением на выходе) ..... При закрытии картина наоборот,  емкость сток-затвор при быстром закрытии пытается так же быстро открыть затвор фета... Несмотря на то что емкость сток-затвор  намного меньше затворной, она так сильно влияет потому что перепад напряжения на стоке гораздо выше затворных.
________________

В серьезных драйверах есть основные методы борьбы.

Добавить на и так тяжёлый затвор еще емкости, что бы увеличить разницу между стоковой и затворной емкостями, тем самым уменьшив влияние стока на затвор.  И соответственно увеличить ток драйвера, так как ему теперь прийдется еще и дополнительную ёмкость раскачивать.

Увеличить выходное сопротивление драйвера (уменьшить жесткость драйвера), установив выходной резистор бОльшего номинала, а что бы динамика и линейность нарастания остались на высоте, расширяют напряжение драйвера до допустимого максимума (примерно от минус десять вольт до плюс двадцать).

При работе на индуктивную нагрузку (двигатели , преобразователи) при закрытии ток через фет постоянен на всей его переходной характеристике, это его прилично греет и снижает допустимые токи, а так же чревато выбросом напряжения (можно спалить по перенапряжению). Что  бы разгрузить фет на этом этапе, ставят снабберы, которые забирают на себя энергию индуктивности затягивая собой фронт. А для защиты от перенапряжения от выбросов ставят быстродействующие диоды на питание или супрессоры.

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

Blik86

Цитата: tak1973 от 07 Нояб. 2020 в 19:57И мне кажется, что в моих выкладках это уже учтено, если я только в этом не ошибаюсь.
Как минимум эта фраза уже не есть гуд, учитывая что по даташиту если и есть значение минимального сопротивления то  это  интегрированное сопротивление. А тут должно звучать то при которых времена сняты, а они на открытие и закрытие могут быть разными и чуть ли не до сотен Ом. В общем если вникать то будет каша из-за отсутствия в формулах сопротивлений, как интегрированных так и тех при которых сняты времена. 
Цитата: tak1973 от 07 Нояб. 2020 в 16:32в принципе, если не надо принудительно замедлить ФЕТ, то дополнительного сопротивления в затворную цепь добавлять не требуется (если только минимальный по даташиту к ФЕТ'у?);

TRO

#17
Если драйвер с ограничением тока ключей (читай стабилизацией), то выходное сопротивление можно было бы и вообще не ставить. Но действительность такова, что сделать такую стабилизацию на такой частоте не такая простая задача, обратные связи толком не успевают и конкретные реализации хреново адаптируются на разброс параметров ключей. И есть устойчивое недоверие интегрированным драйверам, так как у людей с ними чаще бахает чем на сделанных по уму на рассыпухе. Драйвера сплошь и рядом это просто ключи, в начале ток большой, и по мере заряда-разряда затвора ток падает, и затягивается переходной процесс. Без этих самых выходных сопротивлений все больше и больше разговоров о "защелкиваниях" и связанных с этим бабахов. Поэтому лучше сразу взять чужой опыт и закладыватся на максимальный коридор напряжения затвора и установкой максимального выходного сопротивления, так зона от закрыто до открыто будет максимально быстрой и линейной, ключи драйвера будут работать только облегченно как ключи , а не как балластные сопротивления (эту нагревательную функцию возьмет на себя выходное сопротивление, заодно возьмет на себя и все пульсы наведенные стоком на затвор), и уже под это проводить окончательный расчет. 

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО