Расчет необходимого тока драйвера полевого транзистора

[Blik86]

Время td(on) замерял от момента достяжения 2.4В на затворе

Почему так? У вас 24В на затвор подается или вы просто решили забить на процесс заряда Qgs и Qgd?
А если порог открытия будет не 2.4В, а 6В вы будите от 6В измерять или все же, как в любом даташите будите считать от 10% Vgs?

[tak1973]

У вас 24В на затвор подается или вы просто решили забить на процесс заряда Qgs и Qgd?

ИМХО Qgd заряжается на отметка 2.4В, нет? 10% - это 1В от 10В. То есть я опустил 1.4В. Я не могу нормально померить этот участок, мне мешает индуктивность проводов и малая площадь контактов микрика "мышки" - начальный ток в несколько Ампер ограничен этими вещами, поэтому там пологий участок. Если сделать на SMD с минимальной длинной проводников, а не навесу, и применить нормальный ключ управлением затвором ФЕТа, то того полого участка от 0% до 24% скорей всего не будет, останется только плато Миллера в районе 23-25%. А от 0 до 10% ИМХО тоже надо учитывать, ведь тоже на них зарядный ток тратится. Между прочем, в параметре Qg зарядный ток от 0 до 10% учтён. Да даже с тем, что сей час есть, укладывается в диапазон 10%-90% по даташиту - td(on) от 17.2 до 34.4нс. Возможно просто попался тяжёлый NCEP50N06. Сопротивление открытого канала тоже немного завышено - >17мОм.

Надо только понимать, что у ФЕТов большой разброс по параметрам даже из одной партии и утрировать данные в даташите не стоит, только можно оценить отчего отталкиваться. Но в схеме должно быть учтено возможность установки ФЕТов в действительности с разными параметрами, с диапазоном их из даташита.

[Blik86]

ИМХО Qgd заряжается на отметка 2.4В, нет?

Не понял сути вопроса... в моем понимании плато Миллера и есть заряд Qgd, а участок до него  Qgs.

А от 0 до 10% ИМХО тоже надо учитывать

Лучше руководствоваться общепринятыми методиками. В этом плане полезно пролистать пару даташитов на транзисторы IRF, там встречается описание методик.

[tak1973]

Не понял сути вопроса

Я хотел сказать, что, если не ошибаюсь, то плато Миллера=Qgd на скрине с моего ослика присутствует в районе 2.4В (24%) кривой заряда затвора. Ниже, первый участок Qgs, до плато Миллера, сильно завален индуктивностью проводов. А тот изогнутый участок, что в районе 6-6.5В, то видимо это от колебательного процесса. Нужно длину проводников уменьшать, а то так что-либо замерять не удобно.

полезно пролистать пару даташитов на транзисторы IRF

Спасибо! Обязательно просмотрю даташиты к IRF.

[tak1973]

Появилось немного времени, снова собрал стенд, как мог уменьшил индуктивность обвязок ФЕТа.
В общем остаюсь при своём мнении, что в даташите в качестве Rg используется минимальное сопротивление генератора,  уменьшение которого не приводит к росту скорости открытия ФЕТа. То есть, если драйвер "тянет" затвор ФЕТа по текущей схеме, то смысла устанавливать сопротивление затворной цепи меньше, чем используется в даташите к ФЕТу, не имеет смысла, так как только приведёт просто к б[b-b]о[/b-b]льшему потреблению току драйвера в нагрузку и тем самым бессмысленное уменьшение КПД схемы. Если драйвер не "тянет" затвор ФЕТа, то уже смотрим какое минимальное сопротивление необходимо добавить в затворную цепь ФЕТа, чтобы не перегрузить драйвер по зарядному/разрядному току, и оцениваем насколько станет ФЕТ медленней отпираться/запираться. Если скорость ФЕТа в переделах нормы или не критична, то просто ставим затворные резисторы под нужды драйвера. Если не устраивает скорость ФЕТа, то либо драйвер мощней устанавливаем, либо ищем ФЕТ с менее тяжёлым затвором.

Стенд:
ФЕТ - CEP50N06.
БП 16.2В с ограничением в 12А, выход которого зашунтирован дополнительным фильтром: 2200мкФ + 1000мкФ + 330мкФ + 1мкФ (К73-17) и который непосредственно висит на лапках ФЕТа и нагрузочного резистора.
Нагрузка на стоке ФЕТа в виде резистора в  0.1Ом с параллельным шунтирующим диодом UF5408.
Между стоком и истоком ФЕТа также установлен UF5408, дополнительно к паразитному диоду ФЕТа.
(Шустрей UF5408 ничего не нашлось).
Затвор ФЕТа притянут к стоку резистором 1кОм.
Драйвер собран на КТ972А/КТ973А по схеме двухполупериодного эмиттерного повторителя и висит непосредственно на лапках ФЕТа.
Вход драйвера притянут к "земле" резистором так же в 1кОм.
Для отпирания ФЕТа притягиваю вход драйвера непосредственно к "+".

На осциллограмме: синий график - напряжение между стоком и истоком ФЕТа, желтый график - напряжение между затвором и истоком ФЕТа. Результирующий ток в нагрузке ~120А присутствует в течении ~10мкс.

Спойлер

[Alex_Soroka]

В общем остаюсь при своём мнении, что в даташите в качестве Rg используется минимальное сопротивление генератора,  уменьшение которого не приводит к росту скорости открытия ФЕТа. То есть, если драйвер "тянет" затвор ФЕТа по текущей схеме, то смысла устанавливать сопротивление затворной цепи меньше, чем используется в даташите к ФЕТу, не имеет смысла, так как только приведёт просто к б[b-b]о[/b-b]льшему потреблению току драйвера в нагрузку и тем самым бессмысленное уменьшение КПД схемы.

Так на сколько "заряда" и для какого ФЕТа хватит драйвера, у которого написано "ток выхода 1Ампер" ?
Я как ни считаю, получаются разные цифры... А схемы даже видел где по 4 ФЕТа стоит впаралель и клчуется от одного выхода драйвера на 1А выхода.
Кому верить?

[tak1973]

Так на сколько "заряда" и для какого ФЕТа хватит драйвера, у которого написано "ток выхода 1Ампер" ?

Так в лоб не ответишь. Первичная вводная должна быть - это форма сигнала. Далее мощность нагрузки и питающее напряжение.

схемы даже видел где по 4 ФЕТа стоит впаралель и клчуется от одного выхода драйвера на 1А

А можно конкретный случай, чтобы попробовать разобраться. Нужны данные, ну там модели ФЕТов, модели драйвера, сопротивление входных цепей ФЕТов, питание драйвера и форма сигнала. Можно схемку увидеть?

Видимо играет роль максимальная длинна одиночного импульса и его частота появления. У драйвера же есть ещё и свои времена нарастания (tr) и спада (tf) выходного сигнала, кроме максимальной мощности рассеивания, максимальных выходных токов и максимального напряжения питания.

Как у моего стенда: импульс 90мкс пролетает с частотой 10Гц, ибо нагрузочный резистор 0.1Ом и 5Вт большего издевательства, чем более 120Ампер долго не выдержит... правда я готовый драйвер не пользовал, а юзал транзисторы... я сейчас говорю за ФЕТ CEP50N06... в общем CEP50N06 выдержал в таком режиме ток более 120А и всплески на стоке более 60В. Импульс 90мкс с частотой следования 1кГц я долго не гонял, ибо через 2 секунды нагрузочный резистор 0.1Ом 5Вт имел уже температуру +154С.
То есть, я хочу сказать, что чтобы понять почему драйвер тянет перегруз по выходу, нужно знать форму сигналу.

Кому верить?

Знать нужно что схема делает и считать нужно. Так не ответишь. Своими выкладками я пытаюсь пока только понять от чего надо начинать шагать. А дальше будем разбираться уже с конкретным применением.
И ещё, надо не забывать, что производителю выгодно чтобы устройство сломалось после гарантийного срока.

[Alex_Soroka]

Так в лоб не ответишь. Первичная вводная должна быть - это форма сигнала. Далее мощность нагрузки и питающее напряжение.А можно конкретный случай, чтобы попробовать разобраться. Нужны данные, ну там модели ФЕТов, модели драйвера, сопротивление входных цепей ФЕТов, питание драйвера и форма сигнала. Можно схемку увидеть?

Так как это у нас "форумная тема", т.е. "для обучения и Знаний", то давайте возьмем "классику" и на ней потренируемся.

Вот пример схемы:

Задаемся (допущения для расчетов и имитации):
1) сигнал управления полевиком = ШИМ "прямоугольники". Максимальная возможность "ноги микросхемы" =1Ампер.
2) напряжение ШИМ =10...12вольт. (амплитуда).
3) частота работы(переключения) ШИМ = 150кГц.
4) применяемые полевики (несколько вариантов) = IRF3205, IRFP4410Z, IRFP4368.
( понять бы для каких полевиков может хватить 1А выхода ШИМ)

[tak1973]

У меня тут сумбур.
У 3845 tr=tf=50нс (обычно от 10% до 90% от амплитуды выходного сигнала, то есть 80%). Rg*Ciss=4.7*1.9=8.93нс постоянная времени для 63% нарастания напряжения. Через 3RC=26.79нс заряд затвора ФЕТа достигнет 95%. Выход драйвера запаздывает в накачке затвора ФЕТа. Каким сопротивлением будет обладать Ciss=1.9нФ при 50нс?
50нс/(2*pi*1.9нФ)=4.19Ом
12В/(4.7Ом+4.19Ом)=1.35А
1.35А*26.79нс/50нс=0.72А
Уф, почти подогнал! Или я ошибаюсь в направление поиска истины?

[Alex_Soroka]

У меня тут сумбур.

то то же и оно... 
у меня два расчета дают разные выходы(значения)  - первый строго по "заряду"(емкость затвора и передергивание его вкл-выкл состояния)
I = U_open * C_gate / t_open
а второй
I = Q_g / t_open
Так вот разница двух расчетов дикая и это при том что все размерности правильные и ошибок нет в формулах - все бралось из даташитов и рекомендаций по расчету.

Через 3RC=26.79нс заряд затвора ФЕТа достигнет 95%. Выход драйвера запаздывает в накачке затвора ФЕТа.

Подчеркнутое очень сильно влияет на разогрев полевика  чем резче он открывается и меньше "завал кривой" тем меньше потери на нагрев.

P.S. 4_Ома в цепи гейта ? Это очень много для такой частоты переключения.

[tak1973]

I = U_open * C_gate / t_open
а второй
I = Q_g / t_open

Это справедливо для Rg из даташита к IRFZ44N, где оно вообще равно 9.1Ом, а не как в схеме 4.7.
Я пока остаюсь при том мнении, что применение Rg меньше, чем в даташите не несёт смысла потому, так как не увеличивает быстродействия отпирания канала ФЕТа, то есть нужно смотреть не на время td(on), а на время tr. Именно время tr определяет как долго находится ФЕТ в линейном режиме. Время td(on) можно сделать очень маленьким, например загнать в затвор ток заряда в 100А, если только затвор выдержит, но от этого tr не уменьшится - ибо это время ограничено физическими свойствами кристалла транзистора.

Подчеркнутое очень сильно влияет на разогрев полевика

tr нельзя сделать меньше, чем это указано в даташите. Его можно только увеличить, если требуется завалить фронт открытия ФЕТа чтобы избавиться от выброса, точнее сгладить его.
Например у IRFZ44N td(on) в 14нс, tr в 110нс, а по схеме получается td(on)=26.79нс, но сам 3845 заваливает фронты на 50нс по своему даташиту.
td(on) может увеличить время tr, но только начиная с некоторого напряжения отпирания на затворе. Для моего CEP50N06 отпирание канала начинается с 4.2В на затворе, а при 13.6В уже точно полностью открыт для тока стока в 120А. То есть время 3*Rg*Ciss можно смело превратить в 2*Rg*Ciss для CEP50N06. Для IRFZ44N будет несколько другой вариант. Да и если не сильно заваливать td(on), то tr практически не увеличится, если само tr раз в 10 больше td(on), как это у IRFZ44N.
Но даже у CEP50N06, c его максимальными даташитовскими td(on)=34.4нс и tr=10нс, увеличение tr не заметно с увеличением схемного td(on).
Да и сравнивать конечно CEP50N06 c IRFZ44N... ибо разница в уровнях td(on) и tr о-о-очень существенна.
Ну у меня IRFZ44N нет, так что звеняйте.

4_Ома в цепи гейта ? Это очень много для такой частоты переключения.

Не-е, не думаю. Здесь зависит от фронтов на этой частоте, с каким уровнем они уже приходят заваленными. В данной схеме с 3845, ведь сам драйвер заваливает фронт до 50нс, а не ФЕТ со своими 3*Rg*Ciss в 29нс. Так что в данной схеме установка резистора в 9.1Ом, как по даташиту к IRFZ44N, не должна повлиять на завал фронтов на стоке ФЕТа.

ЗЫ: На сайте "Чип и Дип" в аннотации к IRFZ44N прочитал: "Лавинного типа", ага, с его tr=110нс. Поржал!

[Alex_Soroka]

Это справедливо для Rg из даташита к IRFZ44N, где оно вообще равно 9.1Ом, а не как в схеме 4.7.
Я пока остаюсь при том мнении, что применение Rg меньше, чем в даташите не несёт смысла потому, так как не увеличивает быстродействия отпирания канала ФЕТа, то есть нужно смотреть не на время td(on), а на время tr.

там не все так однозначно...
и вы поиграйтесь цифрами для IRF3205, IRFP4410Z, IRFP4368.
в применении к вопросу "а UC3843 его вообще сможет нормально ключевать при 150кГц" ?

Ну и в аттаче файлик-статья, рекомендую для "повышения эрудиции".

[tak1973]

в аттаче файлик-статья,

Прочёл, но пока моё понимание как управлять ФЕТом эта статья не изменила.
Как обычно, нет никаких реальных примеров с реальными даташитами к ФЕТам, что бы хоть как-то понять от чего отталкиваться. Есть какой-то ФЕТ в вакууме и на основе него рассматривают например dv/dt. И при каком пороге стоит рассматривать изменение dv/dt в сторону уменьшения или увеличения быстродействия или не рассматривать? Просто общая вода. И что? Как применить это всё в реальности с конкретными деталями?
Если уж мы задались конкретным драйвером с его затянутыми фронтами на выходе, то ни о каком изменении в увеличении быстродействия dv/dt мы не получим, ибо драйвер этого не позволит. Вот уменьшить быстродействие можем.

Да и потом, 2 фронта по 110нс из 6.6мкс не такая уж и большая потеря. В контроллерах для мощных электросамоваров фронты на отпирание валят до 600-800нс и ничего, живём.

[Alex_Soroka]

выкинуть этот тормоз - IRFZ44N

да забудьте про IRFZ44N - он дан для примера - я привел выше три других полевика. Смотрите на них даташиты.
CEP50N06 - вы его Rds(on) смотрели? оно тоже ведь меняется от силы тока.
Все эти расчеты примерны а нас интересует переходный процесс переключения.
Я вот недавно игрался транзисторами csd19532q5b так вот расстояния до них по дорожкам играет ОЧЕНЬ большое значение, а вы говорите что 9_Ом это не влияет, потому что tr ...
В том то и дело что два разных метода расчета токов дают разные значения, и непонятно как тогда проектировать?
Остается только строить тестовые платы и смотреть что там в реале происходит.

[slav]

чем резче он открывается и меньше "завал кривой" тем меньше потери на нагрев.

Акцент на открытие не так важен , основные потери и разогрев на закрытии !   

[tak1973]

CEP50N06 - вы его Rds(on) смотрели? оно тоже ведь меняется от силы тока.

У какого не меняется? У CEP50N06 в полтора раза больше становится. Я только пытаюсь понять как первоначально рассчитать затворную цепь.

Я вот недавно игрался транзисторами csd19532q5b так вот расстояния до них по дорожкам играет ОЧЕНЬ большое значение, а вы говорите что 9_Ом это не влияет, потому что tr ...

Ну Вы сравнили! А Вы индуктивность не забыли добавить к длине дорожки. На первом этапе заряда и на первом этапе откупоривания канала индуктивность дорожек - спец по заваливанию фронтов. Драйвер должен непосредственно висеть на лапках ФЕТа, если вообще интересует быстродействие.
А так, если надо затянуть фронты, то лучше "бусинок" нет ничего, ну кроме увеличения Rg.

Остается только строить тестовые платы и смотреть что там в реале происходит.

По хорошему да, но первоначально надо же как-то определить отчего отталкиваться.

[tak1973]

Акцент на открытие не так важен , основные потери и разогрев на закрытии !

Ну я бы так не сказал. Ведь открытие как правило специально заваливают, например в полумостах, чтобы, кроме сгенерённого мёртвого времени в драйвере или в прошивке, немного затянуть фронт отпирания у одного ФЕТа в одном плече пока второй ФЕТ в другом плече запирается. Так что ФЕТ может отпираться медленней, чем запираться.

А заваливают при закрытии чтобы избежать выброса высокой частоты, который не может быть удалён с помощью довольно медленного обратного диода. Например у моего CEP50N06 был в нагрузке резистор 0.1Ом 5Вт, который я зашунтировал UF5408.  А так же таким же диодом был зашунтирован и сам CEP50N06. Но вот выброс при закрытии всё равно присутствовал, так как UF5408 имеет время восстановления в 75нс, а ФЕТ запирается за 20нс. И вот от момента закрытия ФЕТа до момента срабатывания диода проходит какое-то время, в данном случае 55нс. В общем на стоке CEP50N06 напряжение взлетает с 16В до 64. Можно снаббер повесить, но всё же проще завалить фронт запирания, если только это сильно не скажется на большем нагреве или тем более пробое ФЕТа.

[slav]

Так что ФЕТ может отпираться медленней, чем запираться.

Именно так !