Управление затвором MOSFET и IGBT, затворный резистор, шунтирующий конденсатор, защита затвора
Проектируя силовую часть импульсного преобразователя или подобного устройства, где в качестве силового ключа будет выступать мощный IGBT или MOSFET транзистор, важно правильно рассчитать цепь управления затвором, особенно если речь идет об управлении полупроводниковым ключом на высокой скорости, характерной для рабочих частот от сотен килогерц до 1 МГц.
Давайте рассмотрим методику такого расчета, а для примера возьмем не утрачивающий популярности на протяжении без малого 20 лет полевой транзистор IRFP460, обладающий, как известно, довольно «тяжелым» затвором.
Допустим, нам он нужен в качестве ключа нижнего уровня (с управлением от уровня земли), который будет управляться при помощи специализированного драйвера UCC37322, так же довольно известного и по сей день востребованного по своему прямому назначению. А напряжение управления затвором примем равным 12 вольт.
Пример расчета для рабочей частоты 1 МГц
Пусть рабочая частота проектируемого устройства составляет ровно 1 МГц, а управляющие импульсы имеют скважность 2 (коэффициент заполнения DC = 0.5). Теоретически это значит, что и рабочая длительность импульса, то есть продолжительность состояния когда ключ полностью открыт, должна на каждом цикле его работы составлять 500 нс.
Но на практике это время будет меньше, поскольку передний и задний фронты будут иметь не нулевую, а конечную длительность, обычно не более 100 нс. Это значит, что ключ будет полностью открыт в самом худшем случае на протяжении 300 нс, и здесь стоит задуматься над тем, а не уменьшить ли скважность… до 1,43, то есть может быть имеет смысл задать управляющим импульсам DC = 0,7. Однако это гипотетически худший вариант, так что на него пока опираться не станем.
На деле длительность фронтов непосредственно на затворе будет определяться возможностями драйвера и реальной емкостью затвора силового транзистора. Из документации на классический транзистор IRFP460 нам известна зависимость полного заряда, подаваемого на его затвор, от напряжения на затворе относительно истока.
Мы видим, что при 12 вольтах на затворе полный его электрический заряд находится в районе 160 нКл. Но здесь же понятно, что заряд этот накапливается емкостью затвора нелинейно, так как в районе 4-5 вольт находится так называемое плато Миллера, где на емкость затвора начинает действовать еще и емкость сток-затвор. Поэтому в самом начале общая емкость затвора минимальна и заряд накапливается затвором с наибольшей скоростью, затем заряжается динамическая емкость Миллера, и после этого заряд затвора нарастает опять линейно, но медленнее чем в самом начале.
Затворный резистор и реальный фронт при открытии
Итого, ток в процессе заряда затвора нарастает далеко не по экспоненте, значит имеет смысл просто ограничить этот ток сверху предельным значением для драйвера UCC37322 при помощи затворного резистора. Поскольку для данного драйвера максимальный пиковый ток по документации составляет 9 ампер, то при 12 вольтах питающего напряжения минимальное значение затворного резистора по Закону Ома получается 1,333 Ом. Принимаем стандартное 1,5 Ом.
Из документации на полевик IRFP460 известно, что при 7,5 вольтах между затвором и истоком, данный транзистор уже точно полностью открыт. Посчитаем усредненную емкость затвора, разделив заряд затвора при 7,5 вольтах на нем, на эти самые 7,5 вольт. Получим 110 нКл/7,5 = 14,5 нФ.
Эту емкость можно принять для оценки временных характеристик в переходном процессе заряда затвора от 12 вольтного драйвера через принятый нами затворный резистор номиналом 1,5 Ом. 7,5 вольт — это практически 63% от 12. Получается произведение R*C – есть как раз время фронта в процессе открытия нашего полевика — 22 нс. Неплохо. Резистор на 1,5 Ом в качестве затворного подходит.
Теперь выясним мощность необходимого затворного резистора. На данном резисторе при открытии и при закрытии транзистора будет рассеиваться энергия, равная энергии, накапливаемой в конденсаторе, образованным емкостью затвор — исток. То есть 14,5 нФ при 12 вольтах. Это CU 2 /2 = 1,044 мкДж при заряде затвора и столько же при его разряде, и так 1000000 раз в секунду (т. к. рабочая частота у нас по условию 1 МГц). Итого 2 Вт.
Выбираем резистор 1,5 Ом на 2 Вт в качестве затворного. Можно взять 2 штуки по 3 Ома в параллель, чтобы не сильно грелись. Кстати, из данного расчета получается, что и мощность, расходуемая на управление полевиком составит 2 Вт.
Шунтирующий конденсатор драйвера
Теперь нужно определиться с шунтирующим конденсатором. Данный конденсатор необходим для быстрой отдачи заряда через драйвер — на затвор полевика. Если в качестве такового использовать электролитический конденсатор большой емкости, то он создаст для импульсов тока столь высокой частоты малое сопротивление, через него будет течь слишком большой импульсный ток, что недопустимо для электролита. Поэтому параллельно электролиту всегда ставят пленочный конденсатор небольшой емкости. Он сможет легко и быстро отдавать заряд, перезаряжаться, при этом не будет перегреваться.
Допустим, колебание напряжения на этом конденсаторе не должно составлять более 1% от напряжения питания драйвера 12 В. То есть должно выполняться условие U1-U2 <= 0,12 В. Мощность потребляемая драйвером 2 Вт, значит средний ток 0,166 А. Но пиковый ток составит 9 А. Среднее значение тока 4,5 А в течение 3*RC, то есть изменение напряжения на конденсаторе при 4,5 А за 66 нс должно быть не более 0,12 В.
Известно, что I = C*(U1-U2)/t. Значит C = It/(U1-U2). U1-U2 = 0,12 В, t = 66 нс, I = 4,5 А. Отсюда находим что Сmin = 2,5 мкф. Примем емкость пленочного шунтирующего конденсатора равной 3 мкф. Параллельно ему уже можно поставить танталовый или обычный электролитический на значительно большую емкость, чтобы драйверу было комфортнее работать.
Защита затвора полевика и выходного каскада драйвера диодами Шоттки
При высоких рабочих частотах неизбежны емкостные наводки на затвор. Поэтому затвор, а также выход драйвера стоит защитить диодами Шоттки на предельное напряжение большее удвоенного напряжения питания драйвера.
Например 1N5822 – на максимальное обратное напряжение 40 вольт и ток 3А. Если напряжение на затворе в кокой-то момент превысит напряжение питания, заряд просто перетечет в шунтирующий конденсатор. В данных условиях напряжение на затворе не превысит выбранных для нашей схемы 12 вольт.
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника
Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день
Как рассчитать резистор на затвор полевого транзистора
В моём понимании то, что обозначили как резистор Rg, должно быть небольшой аналоговой схемой.
Но в простом случае, если посмотрите описание к управляющей микрухе, то там наверняка есть ограничение выходного тока I_lim через эту ногу. Соответственно, смотрите на каком минимальном напряжении Ug на затворе вгоняется основной ток, и считаете, исходя их ограничения тока на затворе при включении, резистор Rg = (Uin-Ug)/I_lim.
Если хочется большей скорости открытия MOSFETа, тогда можно поставить параллельно индуктивность, и стабилитрон на землю для срезания индуктивного выбега. А для разряда затвора можно и отдельную схему, развязанную со схемой включения через диоды Шоттки. Ну и резистор на землю, для разряда затвора при неожиданном выключении управляющей микрухи.
Бывает, что просто нельзя ставить слишком большое сопротивление, потому как мощность наводок (в т.ч. и через электрические поля и через магнитные поля) может стать сопоставимой с подводимой управляющей мощностью. В таких случаях приходится выбирать другие микросхемы управления, обеспечивающие больший ток для затвора.
Как рассчитать резистор на затвор полевого транзистора
- />14 июля
- Тема:Способы уменьшения размера памяти страниц форума
- От:petrov
- />14 июля
- Тема:Способы уменьшения размера памяти страниц форума
- От:petrov
—>
Другие известные форумы и сайты по электронике
все что посвящено электронике и общению специалистов. реклама других ресурсов.
- Магазины
- Форумы и конференции
- Производители
- Информационные ресурсы
- Поисковики
- FTP-серверы
- />4 часа назад
- Тема:Куда пропал доступ к www.ti.com
- От:UART
- />4 часа назад
- Тема:Куда пропал доступ к www.ti.com
- От:UART
—>
В помощь начинающему
вопросы начального уровня
Модераторы раздела VAI aosp SergM fill vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- ARM, 32bit
- MCS51, AVR, PIC, STM8, 8bit
- Программирование
- Схемотехника
- Интерфейсы
- />10 минут назад
- Тема:STM32F407 и его толерантные к 5В входы
- От:firstvald
- />10 минут назад
- Тема:STM32F407 и его толерантные к 5В входы
- От:firstvald
—>
International Forum
This is a special forum for English spoken people, read it first.
- />14 мая
- От:byRAM
- />14 мая
- От:byRAM
—>
Образование в области электроники
все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.
Модераторы раздела des00
- />20 июля
- Тема:Защита электроники от статики, промышленных элек…
- От:Unicorn
- />20 июля
- Тема:Защита электроники от статики, промышленных элек…
- От:Unicorn
—>
Обучающие видео-материалы и обмен опытом
Обсуждение вопросов создания видео-материалов
Модераторы раздела iosifk
- />17 февраля
- Тема:Dilduino
- От:k155la3
- />17 февраля
- Тема:Dilduino
- От:k155la3
Cистемный уровень проектирования
-
Последнее сообщение
—>
Вопросы системного уровня проектирования
Применение MATLAB, Simulink, CoCentric, SPW, SystemC ESL, SoC
Модераторы раздела Rst7
- />12 июля
- Тема:Графика в матлабе
- От:_sda
- />12 июля
- Тема:Графика в матлабе
- От:_sda
—>
Математика и Физика
Модераторы раздела Rst7
- />15 июля
- Тема:Численная реализация МНК
- От:amaora
- />15 июля
- Тема:Численная реализация МНК
- От:amaora
—>
Операционные системы
Linux, Win, DOS, QNX, uCOS, eCOS, RTEMS и другие
Модераторы раздела Rst7
- Программирование
- Linux
- uC/OS-II
- scmRTOS
- FreeRTOS
- Android
- />14 июля
- Тема:Финальная версия Chrome/Chromium для Windows 7
- От:Pupkin
- />14 июля
- Тема:Финальная версия Chrome/Chromium для Windows 7
- От:Pupkin
—>
Документация
оформление документации и все что с ней связано
Модераторы раздела Rst7
- />Вчера в 02:04
- Тема:Вопрос про УГО
- От:Kiber99
- />Вчера в 02:04
- Тема:Вопрос про УГО
- От:Kiber99
—>
Системы CAD/CAM/CAE/PLM
обсуждение САПР AutoCAD, Компас, SolidWorks и др.
- />5 февраля
- Тема:Ошибка установки Solidworks
- От:baumanets
- />5 февраля
- Тема:Ошибка установки Solidworks
- От:baumanets
—>
Разработка цифровых, аналоговых, аналого-цифровых ИС
Модераторы раздела Rst7
- />Понедельник в 10:10
- Тема:Отечественный аналог AD9361/AD9364
- От:_4afc_
- />Понедельник в 10:10
- Тема:Отечественный аналог AD9361/AD9364
- От:_4afc_
—>
Электробезопасность и ЭМС
Обсуждение вопросов электробезопасности и целостности сигналов
Модераторы раздела Rst7
- ЭМС
- Электробезопасность
- />13 июля
- Тема:Плавкие предохранители: на каком времени нормиру…
- От:Arlleex
- />13 июля
- Тема:Плавкие предохранители: на каком времени нормиру…
- От:Arlleex
—>
Управление проектами
Управление жизненным циклом проектов, системы контроля версий и т.п.
Модераторы раздела Rst7
- />30 октября, 2022
- Тема:Как тестировать разработанную электронику и встр…
- От:KBH
- />30 октября, 2022
- Тема:Как тестировать разработанную электронику и встр…
- От:KBH
—>
Нейронные сети и машинное обучение (NN/ML)
Форум для обсуждения вопросов машинного обучения и нейронных сетей
Модераторы раздела Rst7
- />28 июня
- Тема:Модуль на VHDL кусочно-линейной (семь участков) …
- От:Мур
- />28 июня
- Тема:Модуль на VHDL кусочно-линейной (семь участков) …
- От:Мур
Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)
-
Последнее сообщение
—>
Среды разработки — обсуждаем САПРы
Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
возможности, удобства.
Модераторы раздела vetal />des00 />
- />Пятница в 14:41
- Тема:Gowin EDA — релизы и общие вопросы
- От:_4afc_
- />Пятница в 14:41
- Тема:Gowin EDA — релизы и общие вопросы
- От:_4afc_
—>
Работаем с ПЛИС, области применения, выбор
на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?
Модераторы раздела vetal />des00 />
- />8 часов назад
- Тема:SYSREF для IP-CORE JESD204B
- От:CF755
- />8 часов назад
- Тема:SYSREF для IP-CORE JESD204B
- От:CF755
—>
Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)
Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.
Модераторы раздела aosp vetal des00
- />Вчера в 08:25
- Тема:Допилить передачу VHDL FT601
- От:Worldmaster
- />Вчера в 08:25
- Тема:Допилить передачу VHDL FT601
- От:Worldmaster
—>
Системы на ПЛИС — System on a Programmable Chip (SoPC)
разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС
Модераторы раздела vetal des00 Omen_13
- />4 часа назад
- Тема:MicroBlaze MCS не компилирует
- От:1891ВМ12Я
- />4 часа назад
- Тема:MicroBlaze MCS не компилирует
- От:1891ВМ12Я
Цифровая обработка сигналов — ЦОС (DSP)
-
Последнее сообщение
—>
Сигнальные процессоры и их программирование — DSP
Обсуждение различных сигнальных (DSP) процессоров, возможностей, совместимости и связанных с этим тем.
Модераторы раздела des00
- />18 июля
- Тема:Драйвера и софт для SUP 2000 от SoftBaugh
- От:pavel1991
- />18 июля
- Тема:Драйвера и софт для SUP 2000 от SoftBaugh
- От:pavel1991
—>
Алгоритмы ЦОС (DSP)
Обсуждение вопросов разработки и применения (программирования) алгоритмов цифровой обработки сигналов.
Модераторы раздела des00
- />19 июля
- Тема:Подавление акустической обратной связи в система…
- От:repstosw
- />19 июля
- Тема:Подавление акустической обратной связи в система…
- От:repstosw
Микроконтроллеры (MCU)
-
Последнее сообщение
—>
Cредства разработки для МК
FAQ, How-to, тонкости работы со средствами разработки
Модераторы раздела haker_fox
- IAR
- Keil
- GNU/OpenSource средства разработки
- />Вчера в 12:42
- Тема:Ошибки Error: L6218E: Undefined symbol
- От:Olmsky
- />Вчера в 12:42
- Тема:Ошибки Error: L6218E: Undefined symbol
- От:Olmsky
—>
Модераторы раздела haker_fox
- STM
- NXP
- Microchip (Atmel)
- TI, Allwinner, GigaDevice, Nordic, Espressif и другие
- />30 минут назад
- Тема:stm32 Cube IDE обновление 1.13.
- От:Obam
- />30 минут назад
- Тема:stm32 Cube IDE обновление 1.13.
- От:Obam
—>
RISC-V
Микроконтроллеры на базе ядер RISC-V, RISC-X
Модераторы раздела haker_fox
- />19 июля
- Тема:Таблица векторов прерываний
- От:makc
- />19 июля
- Тема:Таблица векторов прерываний
- От:makc
—>
Модераторы раздела haker_fox
- />Понедельник в 02:21
- Тема:Чтение блока данных с SDHC карты по интерфейсу S…
- От:Romeo13Cs
- />Понедельник в 02:21
- Тема:Чтение блока данных с SDHC карты по интерфейсу S…
- От:Romeo13Cs
—>
MSP430
Модераторы раздела VAI />haker_fox />
- />23 июня
- Тема:Ghidra для MSP430
- От:Aries
- />23 июня
- Тема:Ghidra для MSP430
- От:Aries
—>
Все остальные микроконтроллеры
и все что с ними связано
Модераторы раздела haker_fox
- PIC
- MCS51
- PowerQUICC
- HC(S)08
- AVR32
- STM8
- MIPS
- />Понедельник в 21:59
- Тема:Silabs. Копирование прошивки.
- От:Obam
- />Понедельник в 21:59
- Тема:Silabs. Копирование прошивки.
- От:Obam
—>
Отладочные платы
Вопросы, связанные с отладочными платами на базе МК: заказ, сборка, запуск
Модераторы раздела haker_fox
- Arduino
- Raspberry Pi
- Rainbow
- Siberia
- EVMxxxx
- />23 июня
- Тема:China-Link, Вариант отладчика из Китая
- От:nibelung
- />23 июня
- Тема:China-Link, Вариант отладчика из Китая
- От:nibelung
Печатные платы (PCB)
-
Последнее сообщение
—>
Разрабатываем ПП в САПР — PCB development
FAQ, вопросы проектирования в ORCAD, PCAD, Protel, Allegro, Spectra, DXP, SDD, WG и др.
Модераторы раздела SergM />fill />
- Библиотеки компонентов
- Altium Designer, DXP, Protel
- P-CAD 200x howto
- Эремекс, Delta Design
- Cadence
- Примеры
- Zuken CADSTAR
- Siemens EDA — Xpedition, PADS (ex. Mentor)
- Бесплатные САПР: KiCAD, EasyEDA, EAGLE и др.
- />2 часа назад
- Тема:1 компонент для одного типоразмера всех номинало…
- От:Uladzimir
- />2 часа назад
- Тема:1 компонент для одного типоразмера всех номинало…
- От:Uladzimir
—>
Работаем с трассировкой
тонкости PCB дизайна, от Spectra и далее.
Модераторы раздела fill
- />9 июля
- Тема:Вопрос по трассировке
- От:Uladzimir
- />9 июля
- Тема:Вопрос по трассировке
- От:Uladzimir
—>
Изготовление ПП — PCB manufacturing
Фирмы, занимающиеся изготовлением, качество, цены, сроки
Модераторы раздела fill
- ПСБ Технолоджи
- ТеПро
- PS-Electro
- Резонит
- PCB Professional
- Абрис
- ОАО "НИЦЭВТ"
- ООО "М-Плата"
- в домашних условиях
- />13 июля
- Тема:Обсуждение Резонит
- От:Siv21
- />13 июля
- Тема:Обсуждение Резонит
- От:Siv21
Сборка РЭУ
-
Последнее сообщение
—>
Пайка и монтаж
вопросы сборки ПП, готовых изделий, а также устранения производственных дефектов
- />Суббота в 11:24
- Тема:Печь для пайки SMD T-962
- От:ZodiaK
- />Суббота в 11:24
- Тема:Печь для пайки SMD T-962
- От:ZodiaK
—>
Корпуса
обсуждаем какие есть копруса, где делать и прочее
- />18 июля
- Тема:Разница между TSSOP-8 и SOIC-8
- От:gerber
- />18 июля
- Тема:Разница между TSSOP-8 и SOIC-8
- От:gerber
—>
Вопросы надежности и испытаний
расчеты, методики, подбор компонентов
- />19 марта
- Тема:Поверка контрольно-измерительного оборудования
- От:HardEgor
- />19 марта
- Тема:Поверка контрольно-измерительного оборудования
- От:HardEgor
Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника
-
Последнее сообщение
—>
Вопросы аналоговой техники
разработка аналоговых схем, моделирование схем в SPICE, расчёты и анализ, выбор элементной базы
Модераторы раздела Alexandr rloc ViKo Tanya Егоров
- />4 часа назад
- Тема:Выбор опорного напряжения и схемы обвязки АЦП пр…
- От:UART
- />4 часа назад
- Тема:Выбор опорного напряжения и схемы обвязки АЦП пр…
- От:UART
—>
Цифровые схемы, высокоскоростные ЦС
High Speed Digital Design
Модераторы раздела rloc
- />5 июля
- Тема:XDS110 EnergyTrace: TMDSEMU110-ETH нужна схема
- От:UART
- />5 июля
- Тема:XDS110 EnergyTrace: TMDSEMU110-ETH нужна схема
- От:UART
—>
RF & Microwave Design
wireless технологии и не только
Модераторы раздела rloc />l1l1l1 />
- />1 час назад
- Тема:Еще раз — про маленькие китайские усилочки
- От:rloc
- />1 час назад
- Тема:Еще раз — про маленькие китайские усилочки
- От:rloc
—>
Метрология, датчики, измерительная техника
Все что связано с измерениями: измерительные приборы (осциллографы, анализаторы спектра и пр.), датчики, обработка результатов измерений, калибровка, технологии измерений и др.
Модераторы раздела rloc ViKo Tanya
- />16 часов назад
- Тема:лазерный дальномер
- От:spirit_1
- />16 часов назад
- Тема:лазерный дальномер
- От:spirit_1
—>
АВТО электроника
особенности электроники любых транспортных средств: автомашин и мотоциклов, поездов, судов и самолетов, космических кораблей и летающих тарелок.
Модераторы раздела rloc />Vasily_ />
- />2 июля
- Тема:Провод для автомобильного компрессора
- От:byRAM
- />2 июля
- Тема:Провод для автомобильного компрессора
- От:byRAM
—>
Умный дом
Модераторы раздела rloc
- />18 апреля
- Тема:Анализ Яндекс Станции
- От:jcxz
- />18 апреля
- Тема:Анализ Яндекс Станции
- От:jcxz
—>
3D печать
3D принтеры, наборы, аксессуары, ПО
Модераторы раздела rloc
- />5 июля
- Тема:Демонстрация работы моего 3D-принтера
- От:vov4ick
- />5 июля
- Тема:Демонстрация работы моего 3D-принтера
- От:vov4ick
—>
Робототехника
Модели, классификация, решения, научные исследования, варианты применения
Модераторы раздела rloc
- />28 июня
- Тема:Минималистичный Форт компьютер на TTL логике (ди…
- От:KPG
- />28 июня
- Тема:Минималистичный Форт компьютер на TTL логике (ди…
- От:KPG
—>
Ремонт и отладка
обсуждение вопросов ремонта и отладки различных устройств и готовых изделий
Модераторы раздела rloc />Herz />
- />20 июля
- Тема:Ремонт осциллограф Rigol DS1074Z
- От:ded2016
- />20 июля
- Тема:Ремонт осциллограф Rigol DS1074Z
- От:ded2016
Силовая электроника — Power Electronics
-
Последнее сообщение
—>
Силовая Преобразовательная Техника
Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)
Модераторы раздела Herz />Егоров />
- />18 июля
- Тема:Помогите определиться со схемой инверторного ста…
- От:MPetrovich
- />18 июля
- Тема:Помогите определиться со схемой инверторного ста…
- От:MPetrovich
—>
Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация
Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт
Модераторы раздела Herz />Егоров />
- />11 июля
- Тема:Писк трансформатора Flyback при малой нагрузке
- От:UART
- />11 июля
- Тема:Писк трансформатора Flyback при малой нагрузке
- От:UART
—>
Первичные и Вторичные Химические Источники Питания
Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания
Модераторы раздела Herz />Егоров />
- />28 июня
- Тема:13s4p лития титанат 160А спроектировать балансир
- От:Plain
- />28 июня
- Тема:13s4p лития титанат 160А спроектировать балансир
- От:Plain
—>
Высоковольтные Устройства — High-Voltage
Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника
Модераторы раздела Herz
- />20 часов назад
- Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
- От:ded2016
- />20 часов назад
- Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
- От:ded2016
—>
Электрические машины, Электропривод и Управление
Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы
Модераторы раздела Herz
- />Суббота в 17:28
- Тема:Запуск асинхронного двигателя с помощью ЛАТР
- От:khach
- />Суббота в 17:28
- Тема:Запуск асинхронного двигателя с помощью ЛАТР
- От:khach
—>
Индукционный Нагрев — Induction Heating
Технологии, теория и практика индукционного нагрева
Модераторы раздела Herz
- />30 мая
- Тема:Какое может быть количество индукторов для индук…
- От:Лапух
- />30 мая
- Тема:Какое может быть количество индукторов для индук…
- От:Лапух
—>
Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems
Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей
Модераторы раздела Herz
- />30 июня
- Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
- От:ChristinaChadzynski
- />30 июня
- Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
- От:ChristinaChadzynski
—>
Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation
Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов
Модераторы раздела Herz />Егоров />
- />27 июня
- Тема:Модель источника питания драйверов + датчика ток…
- От:SAVC
- />27 июня
- Тема:Модель источника питания драйверов + датчика ток…
- От:SAVC
—>
Компоненты Силовой Электроники — Parts for Power Supply Design
Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.
Модераторы раздела Herz />Егоров />
- />10 часов назад
- Тема:Соединители аналоги СНЦ23
- От:byRAM
- />10 часов назад
- Тема:Соединители аналоги СНЦ23
- От:byRAM
Интерфейсы
-
Последнее сообщение
—>
Форумы по интерфейсам
все интерфейсы здесь
- ISDN/G.703/E1
- ISA/PCI/PCI-X/PCI Express
- Wireless/Optic
- RS232/LPT/USB/PCMCIA/FireWire
- Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/FibreChannel
- Интерфейсы для "интеллектуального дома"
- от ТТЛ до LVDS здесь
- IDE/ATA/SATA/SAS/SCSI/CF
- Аудио/Видео интерфейсы
- Сотовая связь и ее приложения
- FAQ по XPort/WiPort
- Controller Area Network (CAN)
- />Вчера в 20:15
- Тема:USB 3 и USB Type-C
- От:Vasily_
- />Вчера в 20:15
- Тема:USB 3 и USB Type-C
- От:Vasily_
Поставщики компонентов для электроники
-
Последнее сообщение
—>
Поставщики всего остального
от транзисторов до проводов
- />4 июля
- Тема:Ищу основного поставщика вместо Электронщика.
- От:vervs
- />4 июля
- Тема:Ищу основного поставщика вместо Электронщика.
- От:vervs
—>
Компоненты
Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.
- Тех. документация
- Микросхемы
- Транзисторы
- Диоды
- Резисторы
- Средства индикации
- />19 июля
- Тема:Отечественный разъем для Ethernet канала
- От:sio83
- />19 июля
- Тема:Отечественный разъем для Ethernet канала
- От:sio83
Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир
-
Последнее сообщение
—>
Обсуждение Майнеров, их поставки и производства
наблюдается очень большой спрос на данные устройства.
- />25 апреля
- Тема:Ремонт Асиков
- От:mantech
- />25 апреля
- Тема:Ремонт Асиков
- От:mantech
Дополнительные разделы — Additional sections
-
Последнее сообщение
—>
Встречи и поздравления
Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />10 мая
- Тема:С Днём Великой Победы!
- От:Chenakin
- />10 мая
- Тема:С Днём Великой Победы!
- От:Chenakin
—>
Ищу работу
ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты — все это сюда
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />1 час назад
- Тема:Радиомонтажник на дому Москва. метро Фонвизинска…
- От:shakov
- />1 час назад
- Тема:Радиомонтажник на дому Москва. метро Фонвизинска…
- От:shakov
—>
Предлагаю работу
нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />3 часа назад
- Тема:(г.Москва) монтаж-сборка 120 изделий (230тыс.руб…
- От:ТМТ2315
- />3 часа назад
- Тема:(г.Москва) монтаж-сборка 120 изделий (230тыс.руб…
- От:ТМТ2315
—>
Куплю
микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />Вчера в 10:53
- Тема:Куплю мультиметр 6.5 разряда с DualDisplay
- От:SlavaV
- />Вчера в 10:53
- Тема:Куплю мультиметр 6.5 разряда с DualDisplay
- От:SlavaV
—>
Продам
есть что продать за деньги, пиво, даром ?
Реклама товаров и сайтов также здесь.
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />14 часов назад
- Тема:Б.у аппаратура из Китая
- От:Baza
- />14 часов назад
- Тема:Б.у аппаратура из Китая
- От:Baza
—>
Объявления пользователей
Тренинги, семинары, анонсы и прочие события
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров КОМПЭЛ Walrus
- />Вчера в 12:36
- Тема:Новые RST-7K5/15K – мощные и надежные ИП от MEAN…
- От:КОМПЭЛ
- />Вчера в 12:36
- Тема:Новые RST-7K5/15K – мощные и надежные ИП от MEAN…
- От:КОМПЭЛ
—>
Общение заказчиков и потребителей электронных разработок
Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 haker_fox iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus
- />23 мая
- Тема:Сайты для удаленной работы, фриланса
- От:rmDAC
- />23 мая
- Тема:Сайты для удаленной работы, фриланса
- От:rmDAC
Затворный резистор. Часть 2
В предыдущей части исследования проблемы затворного резистора уже было отмечено, что к выбору его номинала следует относиться со всей ответственностью. И здесь даже более критичен не слишком высокий номинал, а наоборот, чересчур малое сопротивление и, как следствие, слишком быстрая скорость переключения. Действительно, если сопротивление избыточно, его последствия наглядны и определяются довольно быстро: перегрев, большая длительность плато Миллера, сквозные токи из-за долгого выключения и малого «мертвого» времени… Как правило, эти неисправности очевидны, позволяют себя обнаружить в процессе работы преобразователя и не приводят к хаотичным выходам из строя. Другое дело — слишком малое сопротивление. Самое неприятное при этом — кажущаяся спонтанность выходов из строя без видимых причин таких отказов. Импульсное перенапряжение на выключении может быть в норме, ограничено снабберными цепями, сквозных токов не наблюдается, сбоев тоже, но преобразователь выходит из строя. Причина не понятна. И здесь хорошо, если резистор слишком мал, тогда выход из строя «гарантированный» — обычно на первом включении или первом же реверсе электродвигателя. Такой отказ проявляется еще в лабораторных условиях у производителя, и с ним еще можно бороться. Хуже, когда резистор «маловат», тогда отказы появляются реже, становятся спонтанными и причины совершенно не ясны. Преобразователь может пройти все испытания, перегрузочные режимы, а затем, через несколько месяцев, отказать у потребителя при прогоне на холостом ходу. При этом зачастую замена вышедшего из строя транзистора инвертора приводит к тому, что далее преобразователь работает исправно. Напрашивается вывод: брак, какие-то скрытые дефекты, старение транзистора. На самом деле причина таких спонтанных отказов почти всегда либо в сбоях в драйвере, либо в заниженном сопротивлении затворного резистора.
Почему слишком малое сопротивление, то есть относительно короткие фронты включения/выключения в затворе, приводят к выходу из строя — общепринятой теории нет. Доподлинно (из опыта) известно, что, например, IRGPC60B120KD наверняка выходит из строя при сопротивлении затворного резистора менее 20 Ом, аналогично и 2Е719. Так же и MOSFET: в режиме жесткого переключения 2П793 спонтанно выходит из строя (а в отдельных партиях поставок — практически все подряд) при сопротивлении менее 50 Ом. Но почему? Тиристорный эффект для IGBT-транзистора? Производители заявляют, что этот эффект исключен еще в конце 1990-х и на современных транзисторах подобного просто не может быть. Токи, воздействующие на обратный диод в период его неполного восстановления? Есть такая теория, но поскольку IGBT и FRD — это отдельные кристаллы, при выходах из строя, о которых идет речь, из строя выходил именно кристалл IGBT. Значит, и не в диоде дело. Для MOSFET существует теория отпирания паразитного биполярного транзистора — BJT (хотя технологически его база закорочена на эмиттер-исток) при больших скоростях du/dt, но производители утверждают, что современные транзисторы практически не способны достичь такой скорости du/dt, при которой произойдет отказ по причине отпирания BJT. Так почему слишком большая скорость перезаряда затвор-эмиттер (затвор-исток) вызывает отказ? Автор настоящего исследования затрудняется назвать причины, но с уверенностью может утверждать, что так оно и есть.
Более того, как будет показано ниже, производители транзисторов также рекомендуют определенные сопротивления затворных резисторов, эти значения далеко не минимальны и соответствуют практике. Но почему, например, для того же IRGPC60B120KD — это заявленный диапазон 5–100 Ом (а в жестком переключении фактически 20–70 Ом), а не какой-то иной — неизвестно. Исходных данных нет, граничные (предельно допустимые) значения на сопротивление, длительность фронта в затворе, импульсный ток управления и т. п. не приводятся в паспортах. Но есть практика, подтверждаемая и производителями транзисторов, и разработчиками серийных преобразователей, и она указывает на то, что сопротивление затворного резистора должно быть не менее (…). В противном случае — отказ преобразователя из-за слишком большой скорости протекания переходных процессов при переключении, что бы это утверждение ни значило.
Но вернемся к способу расчета сопротивления и изначально примем «термины и определения». Под сопротивлением затворного резистора подразумевается общее, суммарное выходное сопротивление цепей управления. В суммарное сопротивление входят:
- Собственно сопротивление внешне устанавливаемого затворного резистора.
- Сопротивление затворного резистора, встроенного в транзисторный модуль (встречается не всегда).
- Выходное сопротивление драйвера.
Последнее легко рассчитать из импульсного тока драйвера и его выходных напряжений включения/выключения, а эта информация обязательно приводится в паспорте любого драйвера. Например, драйвер МД2180П-Б: выходное напряжение +15 В отпирающее, –10 В запирающее, импульсный ток не менее 18 А. Отсюда выходное сопротивление:
Допустим, имеется транзисторный модуль со встроенным затворным резистором 2 Ом, тогда уже сопротивление цепи затвора составляет 3,4 Ом. И если в расчете получается номинал 10 Ом, то должен быть установлен затворный резистор не 10 Ом, а 10 – 3,4 = 6,6 Ом. Такой подход к понятию сопротивления цепи затвора является общепринятым и приводится, например, в [1, 4] (см. список литературы первой части статьи) и не должен вызывать вопросов. Далее по тексту, а равно и в предыдущей части статьи, автором ставится равенство между понятиями «затворный резистор» и «выходное сопротивление управления», поскольку в контексте задачи это не принципиально.
Итак, сформулируем задачу. Необходим метод определения номинала затворного резистора для практического построения преобразователя. Это, с одной стороны, усложняет задачу, так как в отличие от чистой теории на практике ошибки чреваты последствиями, а потому предъявляются реальные требования к верификации. С другой стороны, задача упрощается, поскольку за базу метода можно взять не теорию, а практический опыт, безотносительно теоретических предпосылок. И опыт, прежде всего, самих производителей транзисторов, транзисторных модулей, драйверов, серийных преобразователей — в частности, Infineon, Powerex, APS. Приведенный ниже метод, собственно, исключительно на опыте и основывается.
Определимся и с исходными данными, и с верификацией данных на выходе.
Как уже было отмечено в предыдущей части, неоднозначность методов и параметров у производителей транзисторов заставляет с опаской относиться к заявленным в паспортах цифрам. К тому же нельзя не учитывать, что для отечественной элементной базы список параметров и гарантируемых зависимостей минимален. Последнее даже более критично, так как заявляемые параметры на транзисторы «Ангстрем», «ВЗПП-С», «Интеграл» недостаточны даже для прикидок, не говоря уже о расчетах. Как следствие, в основу расчета могут быть положены только обязательные параметры, и для оценки затвора (а именно о временных характеристиках цепи затвора идет речь) — это емкости (входная, проходная, выходная) и суммарный заряд затвора. Указанные параметры нормируются и почти всегда приводятся в ТУ. Другие параметры, подробно приведенные в паспортах импортных транзисторов, в методе использоваться не могут, поскольку такой метод сразу станет неприменим для отечественных транзисторов.
Однако если попробовать взять в расчет емкости, и прежде всего входную, то здесь возникнет проблема: входная емкость — величина очень непостоянная и практически неприменимая для расчетов. Действительно, емкость нормируется на определенном напряжении коллектор-эмиттер (как правило, 25 В); при напряжении 0 или 500 В разница в значениях может исчисляться порядками. Велико влияние на входную емкость и емкости Миллера, чья величина также в значительной степени зависит от напряжения, и эта зависимость тоже очень не линейна. Например, возьмем IRGPC60B120KD: по паспорту входная емкость составляет 4,3 нФ. Если измерить входную емкость без подачи напряжения коллектор-эмиттер, то получается порядка 6 нФ. Если применить формулу расчета емкости, исходя из длительности заряда при известном сопротивлении, то без подачи силового напряжения получается около 20 нФ. То же соотношение наблюдается и для более мощных транзисторных модулей (вплоть до FF300R12KS4 на 300 А), и для менее мощных, в том числе и для MOSFET: в 1,2 раза выше заявленного в паспорте значения при прямом измерении и в пять раз выше при расчете по постоянной времени RC-цепи, где исходными данными является фактически измеренная длительность фронтов. То есть ни прямое измерение емкости, ни известный расчет RC-цепи неприменимы — слишком многое необходимо учитывать и слишком велика погрешность.
Остается только заряд затвора — один из обязательных параметров, который выдерживает все критерии отбора, и практический опыт производителей. Опираться на что-то большее — нецелесообразно.
Для разработчика также важно провести проверку корректности расчета до подачи силового напряжения или подключения нагрузки к преобразователю. Все методы, расчет по которым подразумевает проверку корректности на включенном, нагруженном преобразователе, практически неприменимы, поскольку обычно ошибка приводит к выходу из строя и найти ее становится не на чем. Таким образом, в контексте решаемой задачи критерием корректности расчета становится фактически измеренная длительность фронтов включения/выключения в затворе при отсутствующем силовом напряжении. Длительность фронта измеряется общепринятым способом: по уровням 10 и 90% от суммарного размаха напряжения управления. В случае если фронт включения «затягивается» после достижения напряжением в затворе +10 В (что характерно для маломощных драйверов), то по включению верхнюю границу можно опустить до +10 В, поскольку к 10 В транзистор полностью включается и дальнейшая форма напряжения в затворе не несет практического смысла. Например, для драйвера с выходными напряжениями +15 В/0 В — это будут уровни порядка 2/13 В; для драйвера с выходными напряжениями +15 В/–10 В — уровни порядка –7 В/+12 В. То есть если в расчете принято, что длительность сигнала в затворе должна составлять 1 мкс, и исходя из этого выбран затворный резистор определенного номинала, то при вышеуказанном измерении должны получиться фронты по 1 мкс (практически ±20%). Если принятая длительность не совпадает с фактически измеренной — значит, в расчете ошибка или исходные данные неверны. Такой способ верификации позволяет избежать выходов из строя при наличии ошибки, прост в реализации и достаточно надежен.
Сам же метод заключается в расчете сопротивления затворного резистора через суммарный заряд затвора с условно принятым по аналогии временем заряда. В основе лежит метод 3, приведенный в предыдущей части исследования. При этом длительность времени заряда (емкости затвора) следует из формулы:
t — искомая длительность фронта;
Qg — общий заряд затвора (указывается в паспорте);
ΔU — размах напряжения для нормируемого общего заряда затвора (указывается в паспорте);
Rg — сопротивление затворного резистора, при котором нормируются энергии потерь и временные характеристики (графики из паспорта транзистора).
Рассчитаем, какие длительности фронтов управления в затворе рекомендуются для некоторых импортных модулей (табл.).