Подключение mosfet: Подключение мосфета к Ардуино — RadioRadar

Содержание

Подключение mosfet транзистора

Является ли это проблемой, или частота ШИМ не настолько высока, чтобы о ней задумываться в данном контексте? По даташиту не смог понять зависимость температуры от проходящего тока Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера или цифровой схемы является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как проверить полевой транзистор с помощью тестера.

«Горячее подключение»: теория и пример конструкции


Управление маленьким двигателем может осуществляться довольно просто. Если двигатель достаточно маленький, он может быть непосредственно соединен с выводом Arduino, и просто изменяя уровень управляющего сигнала от логической единицы до нуля будем контролировать моторчик.

Этот проект раскроет вам основную логику в управлении электродвигателем; однако, это не является стандартным способом подключения двигателей к Arduino. Мы рекомендуем, вам изучить данный способ, а затем перейти на следующую ступень — заняться управлением двигателями при помощи транзисторов. У вибромоторчика есть два провода питания. Соедините один его провод с нулевым выводом GND питания контроллера. Не имеет значения какой из двух проводов.

Подключите резистор между выбранным дискретным выходом контроллера и оставшимся неподключенным проводом моторчика. Подключение резистора ограничит ток и гарантирует нам целостность и сохранность Ардуины, так как она не проектировалась для прямого контроля электродвигателями без преобразователей. Двухканальный переменный резистор прямолинейной конструкцииСопротивление 10 кОмРазмеры 90 х 20 мм..

Драйвер предназначен для реверсивного управления мощным двигателем постоянного тока на основе специа.. Очень хороший ролик для механики CNCХорошо подходит под стандартный алюминиевый станочный профильВне.. Язык Русский Украинский. Статьи Уроки Arduino 6. Главная Проекты Arduino подключение двигателя постоянного тока и управление им. Arduino и использование двигателей. Подключение двигателя постоянного тока и управление им. Управляем маленькими моторчиками Управление маленьким двигателем может осуществляться довольно просто.

Подключим миниатюрный вибромоторчик к нашему Arduino. Нам понадобится: обычный Ардуино, подключенный к USB-порту компьютера Резистор на Ом Миниатюрный вибромоторчик можно найти в старой ненужной мобилке, или в магазине электроники Подсоединение моторчика: 1. Приводим схему, где для мотора выбран второй дискретный вывод платы контроллера:. А вот примеры, как всё можно соединить при помощи макетной платы:. Текст программы Arduino Следующий скетч запустит моторчик на 1 секунду, и остановит его на такое же время и так далее по кругу:.

Как это работает Всякий раз, когда программа будет подавать логическую единицу на наш выход, ток будет течь через резистор, через мотор М , и на землю. Если М действительно маломощный, он начнет вращаться, если это стандартный двигатель постоянного тока; иначе он начнет вибрировать, если это вибромоторчик. Резистор очень важен для этой схемы. Каждый дискретный выход Arduino рассчитан на ток только до 40 мА, при чем рекомендуется не превышать 20 мА.

Выбранное значение резистора Ом ограничит ток до 22 мА, и потому, что М включен с ним последовательно, ток будет даже меньше. Если общее сопротивление движка выше, чем Ом, то можно с уверенностью убрать резистор и напрямую подключить моторчик к цифровому выводу и GND. В этом проекте мы напрямую к контроллеру подключили один вибромоторчик, но никто нам не запрещает подключить их несколько. Несколько двигателей могут быть подключены на разные цифровые выводы платы контроллера.

Например, выходы 2, 3, и 4 могут независимо управлять различными тремя электродвигателями. Каждый дискретный вывод, на Arduino может управлять отдельным движком. Хотя вообщето, так делать не рекомендуется, так как это увеличит ток, проходящий через Arduino. Давайте пока ограничимся одним двигателем в данной реализации.

Каждый электродвигатель постоянного тока является катушкой индуктивности. Когда мы снимаем с него ток, или когда мы вращаем М вручную, он будет генерировать обратное напряжение. Что может подпалить подключенный к нему электронный компонент.

Чтобы избежать этого, мы можем подключить диод между дискретным выходом и выводом питания 5В. Всякий раз, когда М будет отдавать паразитное обратное напряжение, диод будет соединять его с плюсом питания.

К счастью, Ардуино имеет встроенный защитный диод на каждом выводе. И нам нет необходимости его дублировать внешним диодом. Мы конечно можем управлять миниатюрным электродвигателем непосредственно подключив его к выходу Arduino; однако, дискретный выход не потянет двигатели, потребляющие больше 40 мА.

Выход заключается в использовании простого усиливающего устройства, транзистора, чтобы иметь возможность управлять электродвигателями постоянного тока любой мощности.

Рассмотрим на примере, как управлять большими электродвигателями, используя два транзистора npn и pnp структуры. Подключите ноль питания Arduino GND к минусовой шине макетной платы. Мы будем использовать 5В питания USB-порта. Если нужна большая мощность, то нужно использовать внешний источник питания, такой как например батарея.

Пока рассмотрим питание именно от USB. Другой провод двигателя соединяем с коллектором транзистора npn. По спецификации на ваш транзистор определите какой из трех его выводов коллектор, какой база и какой эмиттер. Подключите эмиттер транзистора к минусу питания GND, используя минусовую шину питания макетной платы. Установите резистор между базой транзистора и дискретным выходом платы Arduino. Включите защитный диод параллельно с движком.

Минус диода должен быть подключен к плюсу питания 5В. Схема для Arduino Uno Это одна из возможных реализаций с использованием девятого цифрового выхода. Arduino может быть запитан от внешнего источника питания. А если нет, мы можем подключить движок отдельно к внешнему питанию 5В, а Ардуино к своему питанию. Но ноль питания у них должен быть объединен. Этот скетч ничем не отличается от предыдущего. Всё так же программа запускает движок на секунду, потом останавливает его на секунду и так далее:.

Транзисторы это очень полезные компоненты, которые, к сожалению, трудно понять. Мы можем представить транзистор как электрический клапан: чем больший ток подать на клапан, тем больше воды через него потечет.

То же самое происходит с транзистором, только вместо воды течет ток. Если мы подадим ток на базу транзистора, пропорциональный ток потечет от коллектора к эмиттеру, в случае транзистора типа npn. Чем больший ток подать на базу, тем большая сила тока будет через два остальных вывода. Когда мы подаем логическую единицу на выход Arduino, ток проходит от вывода через базу транзистора NPN, что заставляет ток проходить и через другие две ноги транзистора.

Когда мы выставляем ноль на выходе, ток не идет через базу и не будет проходить через остальные две ноги. Транзисторы интересны в том, что с очень малым током базы, мы можем контролировать очень большой ток через коллектор к эмиттеру. Обычный коэффициент усиления обозначается hб для транзистора составляет порядка Это означает, что для тока базы 1 мА, транзистор через коллектор к эмиттеру пропустит мА.

Важным компонентом проекта является диод, о котором не стоит забывать. Как уже было сказано, движок имеет индуктивную составляющую, которая может генерировать большие всплески напряжения, опасные для транзистора. Диод гарантирует, что все паразитные возмущения от двигателя погасятся на нем, а не на транзисторе.

База транзистора очень чувствительна. Даже касание ее пальцем может провернуть электродвигатель. Во избежание нежелательных шумов и непредсказуемого запуска двигателей является подключение подтягивающего резистора на базе, как показано на рисунке. Значение его сопротивления около 10K.

Он будет предохранять транзистор от случайного запуска. Он использует тот же принцип, но в обратном направлении. Ток течет от базы к цифровому выводу Arduino; если допустить, что протекание тока базы заставляет ток проходить от эмиттера к коллектору противоположно направлению тока в транзисторе npn.

Другое важное отличие в том, что pnp-транзистор установлен между плюсом источника питания и контролируемой нами нагрузкой. Нагрузка же, в данном случае, это двигатель, будет подключена между коллектором pnp-транзистора и землей. Ключевой момент на заметку разработчикам ещё и в том, что при использовании транзисторов pnp с Arduino максимальное напряжение на эмиттер 5 В, и при этом мы на двигатель не сможем подать больше, чем 5 В.

Если использовать внешний источник питания для питания двигателей с большим напряжением чем 5В, на базе появится потенциал выше пяти вольт и Arduino подгорит. Одно из возможных решений, которое усложнит схему на 3 элемента, показано показано на следующей схеме. Давайте посмотрим правде в глаза: применение обычных биполярных транзисторов для манипулирования моторчиками уже давно не в моде.

Есть более простые и удобные в использовании вещи в наши дни, которые могут о беспечить гораздо большую мощность управления. Люди просто называют их мосфетами. Функционально их используют точно так же, как и обычные транзисторы.

При подаче напряжения на натвор, ток будет проходить с истока на сток в случае N-канального МОП-транзистора. P-канал является эквивалентом транзистора pnp. Обычно дискретные транзисторы работают нормально.

Первый может выдерживать до 30 А и 60 В то время как следующие два могут отдавать 5,6 А и 10 А, соответственно, при В. Двигатель — ещё не все, чем мы можем управлять через транзистор. Любой вид нагрузки постоянного тока может управляться таким образом. Светодиоды, лампочки или другие потребители, даже другой Arduino может быть запитан подобным макаром. Читайте так же как организовать реверсивное управление двигателем при помощи драйвера.

Ваше имя.


Полевой транзистор

Мосфеты — разновидность полевых транзисторов, очень полезная штука, если правильно его подобрать, подключить и использовать. Я их люблю применять в поделках. Маломощные в основном для экономичности потребления тока, мощные для коммутации амперных нагрузок и для силовых ключей в ШИМ- схемах и генераторах. В отличие от простых биполярных транзисторов управляются они не током а напряжением.

Мосфеты — разновидность полевых транзисторов, очень полезная штука, если правильно его подобрать, подключить и использовать. в открытом состоянии и напряжение на затворе, достаточное полностью открыть мосфет.

Arduino и использование двигателей. Подключение двигателя постоянного тока и управление им.

Подключение полевого транзистора. Рассмотрим самый простой способ подключения мотора к Arduino — использование транзистора для управления двигателем. Рассмотрим на этом занятии устройство и применение транзисторов в электронной автоматике. Расскажем про распиновку и подключение транзистора к плате Arduino. Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Транзисторы являются ключами кнопками в сетях с постоянным током. Биполярные транзисторы могут управлять электрической цепью до 50 В, полевые транзисторы могут управлять приборами до В при напряжении на затворе 5 В. В сетях с переменным током использую реле. Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти в любом устройстве в телефоне, компьютере и т.

Управление мощной нагрузкой

В нашем предыдущем уроке мы рассмотрели работу с фоторезистором для управления LED. Выходы Arduino не могут обеспечить питание столь мощной нагрузки и большого напряжения. К примеру в робототехнике, часто используются двигателя на 12В, 24В, 36В и т. К тому же выходной ток вывода Arduino ограничен как правило 40 мА.

В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов.

Силовой ключ (5 А; 24 В) на полевом транзисторе (IRF520 MOSFET) для Arduino

Мощные транзисторы MOSFET хорошо известны своей исключительной скоростью переключения при весьма малой мощности управления, которую нужно прикладывать к затвору. Основная причина в том, что затвор изолирован, поэтому требуется мощность только на перезаряд емкости затвор-исток, и в статическом режиме цепь затвора практически не потребляет тока. Основные недостатки, которые не дают MOSFET стать «идеальным», это сопротивление открытого канала R DS on , и значительная величина положительного температурного коэффициента чем выше температура, тем выше сопротивление открытого канала. В этом апноуте обсуждаются эти и другие основные особенности высоковольтных N-канальных мощных MOSFET, и предоставляется полезная информация по выбору транзисторов и их применению перевод статьи [1]. Электроды у биполярного транзистора называются база, коллектор, эмиттер, а у полевого транзистора затвор, сток, исток.

Подключение Mosfet к Aрдуино

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы например, микроконтроллера каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи. Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами. ШИМ-регуляторы, диммеры и прочее рассматривать не будем почти.

Силовой ключ (5 А; 24 В) на полевом транзисторе (IRF MOSFET) для Arduino, описание, схемы, применение, datasheet, где купить. “V+” — плюсовой контакт подключения нагрузки пост. тока; “V-” — минусовой.

Правильное подключение MOSFET транзистора

Системы высокой готовности, такие как серверы, сетевые коммутаторы, устройства хранения данных RAID и другие устройства коммуникационной инфраструктуры, разрабатываются таким образом, чтобы обеспечить нулевое время простоя в течение всего их жизненного цикла. Если компонент такой системы выходит из строя или требует замены по другой причине, он должен быть заменен без прерывания работы всей системы. Плата или модуль должны быть извлечены и заменены, в то время как система остается включенной и работающей. Во время работы этот контроллер также обеспечивает непрерывную защиту от короткого замыкания и от перегрузки по току.

Основы устройства и применения силовых МОП-транзисторов (MOSFET)

Управление маленьким двигателем может осуществляться довольно просто. Если двигатель достаточно маленький, он может быть непосредственно соединен с выводом Arduino, и просто изменяя уровень управляющего сигнала от логической единицы до нуля будем контролировать моторчик. Этот проект раскроет вам основную логику в управлении электродвигателем; однако, это не является стандартным способом подключения двигателей к Arduino. Мы рекомендуем, вам изучить данный способ, а затем перейти на следующую ступень — заняться управлением двигателями при помощи транзисторов. У вибромоторчика есть два провода питания.

Войдите , пожалуйста.

Primary Menu

Со временем каждый пользователь Arduino задумывается об управлении не только светодиодами и устройствами с напряжением до 5 вольт, но и об управлении соленоидами, моторами, светодиодными лентами и т. Транзисторы имеют 3 вывода, которые имеют 2 простые функции, первая — переключение, вторая — усиление в данном примере рассматривается первая функция — переключатель. При отправке сигнала высокого уровня к Gate управляющий вывод , транзистор включается и позволяет току течь от источника Source к стоку Drain. Землю мы подключаем к стоку Drain транзистора. Когда наш Arduino посылает сигнал высокого уровня на Gate транзистора, он переключает транзистор соединяет Source и Drain и замыкает цепь для двигателя, соленоида, или лампы. Эта схема довольно проста. Единственная часть, которая вызывает вопросы — использование стягивающего резистора Pull down.

Полевой МОП транзистор

Публиковать посты на тему: как сделать полноценный бюджетный умный дом? Просмотреть результаты. Mosfet или МОП-транзистор это такая штука для управления нагрузкой. Типа как реле, но лучше.


Мощность моноблока BOSE MOSFET AmpLifier User Manual

Мощность моноблока BOSE MOSFET
Ampруководство пользователя lifier

Поздравляем с покупкой АУДИО СИСТЕМЫ RIOT Ampпожизненнее.

Он был разработан, спроектирован и изготовлен для обеспечения высочайшего уровня производительности и качества и доставит вам удовольствие от прослушивания в течение многих лет.

Спасибо за изготовление АУДИОСИСТЕМЫ — ваш выбор для автомобильных аудио развлечений!

Введение

Для RIOT MOSFET (полевой транзистор RIOT) ampсерия Lifeier, мы представляем девять новых ampподъемники, все разработано в США. В эту новую серию входят четыре моноблока. ampс, три 2-х канальных, два 4-х канальных ampспасатели.

Все модели RIOT имеют регулируемые кроссоверы низких частот и регулируемые регуляторы входного усиления.

Для большей гибкости в использовании сабвуфера на всех ampспасатели. Вы можете управлять уровнем сабвуфера с помощью модуля дистанционного управления уровнем.

понимает, что ampподъемники размещаются во многих различных типах установок, поэтому мы включили в них очень гибкую систему управления. ampспасателей, чтобы помочь вам интегрировать amp в вашу систему независимо от характера вашего входного источника.

Что включено?

При первой распаковке нового amplifier, пожалуйста, сначала убедитесь, что в упаковке есть все перечисленные ниже предметы. Если чего-то не хватает, обратитесь в магазин, в котором вы приобрели ampпожизненнее.

  • RIOT Ampпожизненнее
  • Дистанционное управление сабвуфером
  • Кабель с высоким входом со штекером RCA
  • Четыре (4) крепежных винта
Особенности

Ваш новый RIOT ampLifier имеет следующие особенности:

  • Топология класса AB
  • Мостовые выходы (кроме R1100M, R1100M-S, R1600M и R2000M)
  • MOSFET PWM (широтно-импульсная модуляция) Источник питания
  • 2 Ом стабильная работа с увеличением выходной мощности
  • Тепловая защита и защита динамика от короткого замыкания
  • Схема плавного включения
  • Схема дистанционного включения / выключения
  • Регулировка регулируемого входного усиления
  • Переменный фильтр нижних частот
  • Фиксированный фильтр высоких частот (кроме R1100M, R1100M-S, R1600M и R2000M)
  • Регулируемое усиление низких частот
  • Никелированные входы низкого и высокого уровня RCA
  • Светодиодные индикаторы питания и защиты
  • Анодированный радиатор
  • Дистанционное управление уровнем сабвуфера
Около 2 Ом работы

Ваш RIOT ampLifier был разработан для эффективной работы при нагрузках до 2 Ом. Это означает, что вы можете установить четыре динамика по 8 Ом на канал при использовании параллельной проводки.

Удвоение количества низкочастотных динамиков дает эффект акустической связи. Этот эффект акустической связи увеличивает выходную мощность примерно на 3 дБ при каждом удвоении количества низкочастотных динамиков.

При работе на 2 Ом ampподъемники увеличат свою выходную мощность примерно на 50%. Текущее потребление также увеличится примерно на такую ​​же величину, поэтому убедитесь, что у вас достаточно тока для запуска ampлиферы на нагрузку 2 Ом.

Если у вас не будет достаточного тока, воспроизведение вашей музыки будет искажено.

Общие меры предосторожности

Перед установкой и использованием нового amplifeier, пожалуйста, ознакомьтесь со всей информацией, содержащейся в этом руководстве.

Сохраните это руководство в надежном месте для использования в будущем.

  • Не открывайте и не пытайтесь ремонтировать это устройство самостоятельно. Опасно высокий объемtagОни могут привести к поражению электрическим током. В случае ремонта обращайтесь к квалифицированному специалисту по обслуживанию.
  • Во избежание риска поражения электрическим током или повреждения ampбольше, не позволяйте этому оборудованию становитьсяamp или мокрый от воды или напитков. Если это произойдет, немедленно отключите провода питания и отправьте ampкак можно скорее обратитесь к местному дилеру или в сервисный центр.
  • Если во время использования появляется дым или какой-либо специфический запах, или если есть повреждение любого из корпусов компонентов, немедленно отключите шнур питания и отправьте ampкак можно скорее обратитесь к местному дилеру или в сервисный центр.
Меры предосторожности при установке

Прежде чем просверлить или вырезать какие-либо отверстия, очень внимательно изучите компоновку вашего автомобиля. Будьте особенно осторожны при работе рядом с бензобаком, топливными магистралями, гидравлическими линиями и электропроводкой.

Никогда не используйте ampлегче, когда он снят. Надежно закрепите все компоненты аудиосистемы, чтобы предотвратить повреждение, особенно в случае аварии.

Перед тем, как подключать или отключать питание в вашей системе, отключите аккумуляторную батарею автомобиля. Убедитесь, что ваше головное устройство или другое оборудование выключено при подключении входных разъемов и терминалов динамиков.

Если вам необходимо заменить силовой предохранитель, заменяйте его только на предохранитель, идентичный тому, который входит в комплект поставки. ampпожизненнее. Использование предохранителя другого типа или номинала может привести к повреждению вашей аудиосистемы или ampLifier, на который не распространяется гарантия производителя.

Монтаж ampпожизненнее
  1. Найдите в автомобиле подходящее место для установки ampпожизненнее.
  2. Убедитесь, что вокруг предполагаемого места установки имеется достаточная циркуляция воздуха.
  3. Отметьте место для винтов монтажного отверстия, расположив ampLifier там, где вы хотите его установить. Используйте палочку или крепежный винт, вставленный в каждый из ampмонтажные отверстия, чтобы отметить монтажную поверхность. Если монтажная поверхность покрыта ковром, измерьте центры отверстий и отметьте их фломастером.
  4. Просверлите направляющие отверстия в монтажной поверхности для крепежных винтов. Поместите ampлифте в положении, и прикрепите ampнадежно закрепите на монтажной поверхности винтами.

ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ! Не открывайте корпус этого продукта. Есть опасные объемыtagприсутствуют внутри устройства. Внутри устройства нет деталей, обслуживаемых пользователем.

Подключение ampпожизненнее

Перед тем, как выполнять какие-либо электромонтажные работы, просмотрите это руководство и найдите схемы, которым необходимо следовать для подключения питания, входа и громкоговорителей для вашей конкретной установки. Прежде чем продолжить, убедитесь, что вы понимаете все связи.

  1. Подключите клемму заземления питания к ближайшей точке на шасси автомобиля. Длина этого заземляющего провода не должна превышать 39 дюймов (100 см). Используйте провод 8-го калибра (или более тяжелый).
  2. Подключите удаленный терминал к удаленному выходу головного устройства, используя провод 16 калибра (или более тяжелый).
  3. Подключите пустой патрон предохранителя в пределах 18 ″ (45 см) от автомобильного аккумулятора и проложите кабель 8-го калибра (или более тяжелый) от этого предохранителя к ampболее удобное расположение.
  4. Убедитесь, что патрон предохранителя пустой. Затем подключите держатель предохранителя к разъему «BATT +» на ampпожизненнее.
  5. Если несколько ampВ вашей системе используются лифтеры:
    • Проложите отдельную пару кабелей от аккумулятора и точки заземления шасси к каждому из них. ampпожизненнее. Каждый (+) кабель должен иметь собственный встроенный предохранитель.
      -Или-
    • Проложите кабель №4 от держателя предохранителя на аккумуляторе к распределительному блоку на или рядом с ampместонахождение лифтера. Затем проложите отдельные кабели от ampПодъемник к этому распределительному блоку и к независимым точкам заземления шасси.
  6. Подключите все линейные входы и выходы (если используются) с помощью высококачественных кабелей. Подключите все динамики, следуя схемам в этом руководстве. Обязательно соблюдайте правильную полярность, чтобы избежать проблем с фазой звука.
  7. Вставьте предохранитель (и) в держатели предохранителей аккумуляторной батареи.
  8. Перед включением питания проверьте все соединения. ampпожизненнее.
  9. Установите все регуляторы уровня в минимальное положение и установите все регуляторы / переключатели кроссовера на желаемые частотные точки.
  10. Включите головное устройство и ampпожизненнее. Затем установите регулятор громкости на головном устройстве примерно на 3/4 громкости и отрегулируйте ampрегуляторы уровня входного сигнала Lifier до уровня чуть ниже уровня искажений.
  11. Для получения наилучших результатов может потребоваться дальнейшая точная настройка различных элементов управления.

Не злоупотребляйте контролем уровня!
Не путайте регулятор уровня входного сигнала с регулятором громкости! Он предназначен ТОЛЬКО для согласования выходного уровня вашего аудиоисточника с входным уровнем вашего ampпожизненнее.

Не устанавливайте этот входной уровень на максимум, если этого не требует ваш входной уровень.

Игнорирование этих инструкций приведет к перегрузке входа на ampболее жизнерадостный и чрезмерное искажение звука. Это также может вызвать срабатывание схемы защиты.

Подключение входа низкого уровня

Входная разводка низкого уровня (RCA) предпочтительна для наилучшего качества звука. Для обеспечения наилучшего качества звука всегда используйте высококачественный кабель RCA.

ЗАМЕТКА: Не подключайте ОБЕ входы высокого и низкого уровня от вашего ресивера к вашему ampв то же время более жизнерадостный!

Подключение входа высокого уровня

Входы высокого уровня следует использовать только в том случае, если на вашем головном устройстве отсутствуют выходы RCA. Если выходы RCA отсутствуют, подключите выходы динамиков ресивера к высокоуровневому входному разъему ресивера. ampпожизненнее. Обязательно соблюдайте полярность, чтобы избежать проблем с фазой звука.

ЗАМЕТКА: Не подключайте ОБЕ входы высокого и низкого уровня от вашего ресивера к вашему ampв то же время более жизнерадостный!

Электропроводка и проводка динамика

2-канальный и мостовой режимы

4-канальный и мостовой режимы

Моноблок

Решение Проблем

Если у вас возникли проблемы с работой или производительностью этого продукта, сравните вашу установку со схемой электропроводки на предыдущих страницах. Если проблема не устраняется, прочтите следующие советы по устранению неполадок, которые могут помочь устранить проблемы.

Характеристики

Аудиосистемы BOSS
3451 Лунный суд • Oxnard, CA 93030
www.bossaudio.com
805-751-4853 Служба поддержки клиентов
Техническая поддержка: www.bossaudio.com/support

Документы / Ресурсы

Связанные руководства / ресурсы

Динамические и статические характеристики SiC MOSFET

Введение

Параллельное включение кремниевых MOSFET-и IGBT-модулей является обычной практикой и хорошо изучено в различных приложениях [1–3]. Однако в отношении SiC MOSFET доступно не так много информации. Поскольку карбидокремниевые транзисторы являются сравнительно новыми и используются, в основном, в маломощных схемах, у разработчиков есть большое желание включить их в параллель для повышения мощности. По сравнению с коммерчески доступными модулями SiC MOSFET [4], можно отметить следующие преимущества параллельного использования дискретных приборов:

  • Тепло, выделяемое несколькими параллельными дискретными приборами, может быть более равномерно распределено по радиатору. Это снижает перегрев чипов и уменьшает градиент температуры между кристаллами и окружающей средой.
  • Для наращивания мощности можно включить в параллель два или более модулей, в зависимости от конкретного применения.
  • Параллельное соединение является экономически эффективным решением, поскольку стоимость набора дискретных серийных компонентов может быть ниже, чем цена мощных специализированных модулей.

Рис. 1. Разброс сопротивлений открытого канала

При параллельном включении двух или более SiC MOSFET может возникнуть небаланс токов из-за разброса сопротивлений открытого канала Rds(on) и пороговых напряжений Vth от образца к образцу. На рис. 1 и 2 показано распределение значений и Vth для 30 случайно выбранных транзисторов (номинальный ток и напряжение 10 А, 1200 В) второго поколения SiC MOSFET C2M — C2M0160120D [5] при комнатной температуре. Максимальное значение Rds(on) примерно в один-два раза превышает минимальное (в пределах испытанных 30 образцов), а максимальное пороговое напряжение составляет 3,08 В, что намного больше минимальной величины Vth = 2,48 В.

Рис. 2. Разброс пороговых напряжений затвора

При работе параллельных MOSFET вариации Rds(on) определяют статическое распределение токов между транзисторами, а разница пороговых напряжений влияет на разброс динамических переходных процессов. Транзистор с меньшим значением Vth включается раньше и выключается позже, чем другие MOSFET с более высоким пороговым напряжением. При анализе параллельной работы транзисторов параметры Rds(on) и Vth являются критическими, поэтому необходимо исследовать их чувствительность к другим характеристикам полупроводникового прибора, таким как температура кристалла.

В предыдущих работах [7, 8] были предложены решения для балансировки тока в процессе коммутации транзисторов путем добавления дополнительной обратной связи. Такие решения увеличивают стоимость устройства и не могут применяться при параллельном соединении более чем двух ключей. Нашей целью является экспериментальное исследование способности SiC MOSFET к собственной балансировке без добавления каких-либо датчиков или цепей управления. В качестве единственных регулируемых параметров рассматривается напряжение и сопротивление затвора.

В качестве образцов для данного исследования выбраны коммерчески доступные транзисторы 10 А, 1200 В компании Cree первого поколения (Gen-I) CMF10120D [5] и второго поколения C2M SiC MOSFET C2M0160120D [6] с аналогичными номинальными характеристиками Inc. Из каждого поколения для проведения экспериментов и анализа наихудшего случая были выбраны два образца из 30 с наибольшим разбросом величины порогового напряжения.

 

Влияние

Rds(on) на статическое распределение токов

Очевидно, что положительный температурный коэффициент (PTC) сопротивления открытого канала кремниевых MOSFET способствует выравниванию токов при параллельной работе и помогает исключить условия возникновения теплового убегания для всех MOSFET. Для двух параллельных транзисторов (рис. 3) ток через каждый прибор определяется следующим образом:

Рис. 3. Статическое распределение токов

MOSFET с максимальным значением Rds(on) будет проводить минимальный ток.

Рис. 4. Типовое значение Rds(on) для CMF10120D

Как и у кремниевых полевых транзисторов, сопротивление канала Rds(on) SiC MOSFET также имеет РТС (рис. 4 и 5). Модуль с большей температурой кристалла проводит меньший ток при параллельном соединении, в результате чего достигается тепловое равновесие. Однако у SiC MOSFET температурная зависимость Rds(on) не так сильна, как у кремниевых транзисторов. Как отмечено в [9], величина Rds(on) при температуре +150 °С в 2,6 раза превышает Rds(on) при температуре +25 °С для типового Si CoolMOS с рабочим напряжением 600 В. У SiC MOSFET эти значения различаются всего в 1,2 раза для CMF10120D и примерно в 1,5 раза для C2M0160120D.

Рис. 5. Типовое значение Rds(on) для C2M0160120D

Сопротивление открытого канала SiC MOSFET сильно зависит от Vth, как показано на рис. 4. При напряжении на затворе 16 В для CMF10120D величина Rds(on) даже демонстрирует отрицательный температурный коэффициент (NTC). Это объясняется тем, что сопротивление MOSFET, в основном, состоит из трех компонентов: сопротивление канала 4 (Rch) с NTC; сопротивление JFET области (Rjeft) c PTC и сопротивление дрейфовой области (Rdrift), которое также имеет РТС. При малом напряжении на затворе составляющая Rch становится доминирующей, поэтому общее сопротивление также приобретает NTC.

Сопротивление канала C2M0160120D демонстрирует более сильную температурную зависимость Rds(on) благодаря улучшенной характеристике канальной проводимости (рис. 5). Таким образом, для обеспечения хорошего распределения токов при параллельном соединении, а также снижения потерь в проводящем режиме включение SiC MOSFET следует производить при высоком напряжении Vgs.

 

Влияние V

th на динамическое распределение токов

Без учета коммутационных потерь ток и температура параллельных SiC MOSFET могут быть сбалансированы за счет РТС-характеристики Rds(on). К сожалению, динамические потери у параллельных транзисторов с разным пороговым напряжением всегда отличаются. Два образца из 30 с минимальным (образец А) и максимальным (образец B) значением Vth были выбраны для каждого поколения MOSFET — Gen-I и C2M, их параметры при комнатной температуре приведены в таблице 1.

Таблица 1. Пороговое напряжение и сопротивление открытого канала

Образец

Vth, B

Rds(on), мОм

CMF10120D-A

2,74

133

CMF10120D-B

3,50

144

C2M0160120D-A

2,48

146

C2M0160120D-B

3,08

161

Режимы параллельной работы двух Gen-I MOSFET анализировались для следующих условий: Vds = 600 В, сопротивление затвора Rg = 41 Ом для каждого транзистора, средний суммарный ток Ids = 20 А. На рис. 7а и 7б показаны эпюры сигналов включения и выключения соответственно. Видно, что образец А с меньшим значением Vth включается раньше, чем образец В, и он берет на себя больший ток во время переходного процесса. Его потери при включении (252,5 мкДж) выше, чем у образца B (165,2 мкДж). Во время выключения образец А запирается позже и, соответственно, он имеет большие потери при выключении — 296,7 мкДж против 81,2 мкДж у образца В. Разница коммутационных потерь преобразуется в разницу температур кристаллов. Градиент температуры «кристалл-корпус» Tjc может быть вычислен с помощью формул:

Psw = (Eon + Eoff) × fsw,   (3)

Tjc = (Psw + Pcon) × Rth(jc).   (4)

Рис. 7. Эпюры переключения параллельных Gen-I SiC MOSFET:
a) включение при Rg = 41 Ом;
б) выключение при Rg = 41 Ом;
в) включение при Rg = 5,1 Ом;
г) выключение при Rg = 5,1 Ом

Образец А будет иметь более высокий перегрев кристаллов, если потери в проводящем режиме и температура радиатора одинаковы для обоих случаев. За счет NTC-характеристики Vth (рис. 6) пороговое напряжение уменьшается при увеличении температуры кристалла. Разница коммутационных потерь также растет, что формирует положительную обратную связь. Однако РТС-характеристика Rds(on) в какой-то степени помогает скомпенсировать разницу температур.

Рис. 6. Зависимость порогового напряжения от температуры

Важно иметь как можно меньшие различия коммутационных потерь, вызванных вариациями порогового напряжения. Снижение величины Rg повышает скорость переключения и уменьшает уровень динамических потерь. На рис. 7в и 7г показаны эпюры сигналов включения и выключения для упомянутых выше двух образцов Gen-I с резистором Rg = 5,1 Ом. Коммутационные потери и разница между ними сокращены более чем в два раза по сравнению с предыдущим случаем, соответствующим Rg = 41 Ом.

Аналогичные эксперименты, выполненные для C2M MOSFET (рис. 8), продемонстрировали гораздо меньший уровень динамических потерь и их разброса между модулями. Это связано с тем, что транзистор C2M имеет меньшую площадь кристалла и меньший уровень напряжения Vgd, он может переключаться быстрее, чем MOSFET Gen-I при том же значении Rg. При более высокой скорости коммутации влияние разброса Vth становится менее значимым. С учетом предыдущих исследований можно сделать вывод, что транзисторы C2M SiC имеют два очевидных преимущества при параллельной работе по сравнению с Gen-I SiC MOSFET. Во-первых, у них меньше разброс динамических потерь, вызванных вариациями порогового напряжения, благодаря высокой скорости коммутации. Во-вторых, более сильная РТС-зависимость сопротивления канала способствует лучшей балансировке температуры кристаллов, определяемой коммутационными потерями.

Рис. 8. Эпюры переключения параллельных C2M SiC MOSFET:
а) включение при Rg = 41 Ом;
б) выключение при Rg = 41 Ом;
в) включение при Rg = 5,1 Ом;
г) выключение при Rg = 5,1 Ом

 

Экспериментальные исследования параллельной работы MOSFET в конвертере SEPIC

Для безопасной работы параллельных MOSFET температура их кристаллов должна отличаться как можно меньше. Образцы с большим значением порогового напряжения, упомянутые ранее, были использованы в преобразователе SEPIC (рис. 9) для оценки разницы их температурных зависимостей при разных значениях сопротивления затвора и разных частотах переключения. Схема управления SEPIC имеет фиксированный коэффициент заполнения 50%, поэтому выходное напряжение равно входному, согласно выражению (5):

Vout = D/(1–D) × Vin.    (5)

Рис. 9. Схема конвертера SEPIC

В этом случае выходной сигнал поступает на входные клеммы схемы SEPIC. Таким образом, происходит рециркуляция энергии, что ограничивает потребление мощности от внешнего источника питания и снижает потери преобразователя.

В схеме использованы два резистора R1 и R2 в цепи управления каждого MOSFET, один их них подключен к затвору, а другой — к истоку транзистора. В такой схеме (рис. 10) ток стока каждого ключа проходит через вывод истока в цепь заземления, где установлен резистивный датчик тока, что позволяет независимо измерять ток обоих MOSFET.

Рис. 10. Внешний вид конвертера SEPIC

Напряжение питания установлено на уровне 600 В, ток циркуляции составляет 10 А, что соответствует мощности 6 кВт для всех экспериментов. Для каждого поколения MOSFET было проведено четыре теста при следующих условиях:

  • Rg = 41 Ом, f = 30 кГц;
  • Rg = 41 Ом, f = 100 кГц;
  • Rg = 5,1 Ом, f = 30 кГц;
  • Rg = 5,1 Ом, f = 100 кГц.

Указанные величины Rg относятся к обоим сопротивлениям R1 и R2. Измеренные значения коммутационных потерь и температуры корпуса указаны в таблице 2. Формы сигналов переключения на частоте 30 кГц приведены выше.

Таблица 2. Динамические потери MOSFET и температура корпуса при различных условиях испытаний

 

Rg, Ом

Fsw, кГц

Psw-A, Вт

Psw-В, Вт

Тс-А, °С

Тс-В, °С

Тс, °С

CMF10120D

41

30

16,5

7,4

63,0

41,9

21,1

 

100

57,9

24,2

119

67,7

51,3

5,1

30

6,3

4,1

43,7

37,5

6,2

 

100

21,4

14,0

64,5

51,5

13,0

C2M0160120D

41

30

7,3

4,8

49,2

41,6

7,6

 

100

23,9

16,3

72,1

58,4

13,7

5,1

30

2,1

1,8

44,0

38,3

5,7

 

100

6,8

6,1

55,6

46,6

9,0

Результаты тестов, приведенные в таблице, позволяют сделать некоторые выводы. Во-первых, выбор меньшего значения Rg или меньшей частоты переключения позволяет снизить динамические потери и градиент температур для образцов А и В. Во-вторых, транзистор C2M MOSFET (10 А, 1200 В) демонстрирует меньшую разность температур корпуса по сравнению с MOSFET Gen-I (10 А, 1200 В) при тех же условиях испытаний. В-третьих, параллельное соединение SiC MOSFET при использовании низкого значения Rg, как правило, можно выполнять непосредственно, без добавления дополнительного контура балансировки. На рис. 11 показаны формы сигналов переключения для двух C2M SiC MOSFET при f = 100 кГц и сопротивлении затвора 41 Ом и 5 Ом соответственно. Большая разница статических токов на рис. 11а объясняется более высокой разностью температур кристаллов.

Рис. 11. Распределение токов C2M MOSFET (f = 100 кГц):
а) при Rg = 41 Ом;
б) при Rg = 5,1 Ом

 

Заключение

На основании приведенного анализа параллельной работы SiC MOSFET можно сделать следующие выводы:

  • Rds(on) и Vth — два основных параметра, определяющих статическое и динамическое распределение токов параллельных MOSFET.
  • Использование высокого напряжения управления затвором позволяет уменьшить потери в проводящем режиме.
  • Уменьшение сопротивления затвора может улучшить динамическое распределение токов и снизить разницу потерь переключения.
  • C2M SiC MOSFET лучше подходят для параллельного включения, чем Gen-I SiC MOSFET с таким же номинальным током.

При проведении описанных выше испытаний использовалась печатная плата с симметричными трассами для подключения параллельных SiC MOSFET, что позволило свести к минимуму паразитную индуктивность соединительных цепей. Однако в ряде случаев очень трудно обеспечить симметричную топологию соединений, при этом цепи подключения параллельных транзисторов будут иметь различные значения распределенной индуктивности. Было бы интересно исследовать, как это влияет на поведение SiC MOSFET в процессе переключения, этот вопрос является предметом дальнейшей работы.

Литература
  1. Paralleling Of Power MOSFETs For Higher Power Output
  2. Lopez T., Elferich R. Current Sharing of Paralleled Power MOSFETs at PWM Operation // Proc. on the 37th IEEE Power Electronics specialists. PESC 06. Vol. 1. № 1. 18-22 June, 2006.
  3. Palmer P. R., Joyce J. C. Current Redistribution in Multi-chip IGBT Modules Under Various Gate Drive Conditions // Proceedings of the Power Electronics and Variable Speed Drives. London. September, 1998.
  4. Wang G., Wang F., Gari M., Yang L., Alex H., Mrinal D. Performance comparison of 1200V 100A SiC MOSFET and 1200V 100A silicon IGBT // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Sept, 2013.
  5. https://www.wolfspeed.com/cmf10120d
  6. https://www.wolfspeed.com/c2m0160120d
  7. Chimento F., Raciti A., Cannone A., Musumeci S., Gaito A. Parallel connection of super-junction MOSFETs in a PFC application // Energy Conversion Congress and Exposition. 2009.
  8. Yang X., Junjie L., Zhiqiang W., Leon M. T., Benjamin J. B., Fred W. Active current balancing for parallel-connected silicon carbide MOSFETs // Energy Conversion Congress and Exposition. 2013.
  9. Zheng Chen, Boroyevich D., Burgos R., Wang F.Characterization and modeling of 1.2 kv, 20 А SiC MOSFETs // Energy Conversion Congress and Exposition. 2009.
  10. Cree Silicon Carbide Power White Paper: Dynamic and Static Behavior of Packaged Silicon Carbide MOSFETs in Paralleled Applications

Как управлять SiС-транзистором

2 ноября 2020

Алексей Гребенников (г. Москва)

Преимущества карбид-кремниевых транзисторов (SiC MOSFET) – высокий КПД, повышенная, по сравнению с биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), частота переключения, экономия места на печатной плате. Для управления SiC MOSFET используются специализированные драйверы: как изолированные от транзистора, так и неизолированные. Выбор драйвера и расчет оптимального режима его работы играет ключевую роль в эффективной работе всего устройства на базе SiC MOSFET.

Транзисторы SiC MOSFET обеспечивают очень высокие скорости коммутации – более 100 кГц, – тогда как устройства IGBT обычно работают на частотах менее 60 кГц. По сравнению с обычными кремниевыми диодами, внутренний диод SiC-транзистора имеет очень низкий заряд восстановления, в результате чего снижаются потери на переключение и обеспечивается более высокая плотность мощности.

Рабочее напряжение транзистора SiC MOSFET выше, чем у IGBT или MOSFET, и теоретически может превышать 3000 В. К тому же, эти транзисторы обладают отличными характеристиками включения. Сопротивление их включения меньше зависит от температуры. Более высокие рабочие температуры позволяют уменьшить размеры системы охлаждения, что в итоге приводит к снижению стоимости всего устройства. За счет низкого заряда базы обеспечивается меньший базовый ток при одинаковой частоте по сравнению с транзисторами других типов.

Высокие скорости переключения SiC MOSFET могут привести к возникновению шума и всплесков напряжения, как это показано на рисунке 1.

Рис. 1. Кривые напряжения и тока для SiC MOSFET

Для минимизации этих побочных эффектов необходимо тщательно проектировать печатную плату, содержащую SiC MOSFET-транзисторы, уменьшая влияния шумов и паразитных элементов и обеспечивая оптимальный режим работы драйвера транзистора.

Влияние паразитных элементов показано на рисунке 2.

Рис. 2. Схема SiC с учетом паразитных элементов

Для снижения влияния паразитных элементов на цепи управления транзистора необходимо действовать с соблюдением следующих правил:

  • По возможности, уменьшать длину базовой петли (рисунок 3). Для оценки можно считать, что 1 мм дорожки печатной платы имеет емкость 1 нГн. Индуктивности в базовой петле могут привести к осцилляции VGS.
  • Развязывать цепи базовой и силовой петли. Это позволяет минимизировать влияние LS и снизить индуктивную нагрузку.
  • По возможности, располагать дорожки базовой петли и силовой петли перпендикулярно друг другу. Это позволяет снизить индуктивную связь.
  • Соблюдать другие общепринятые правила для силовых и высокочастотных цепей.

Рис. 3. Базовая петля на схеме включения SiC MOSFET

Данные по паразитным элементам приводятся в спецификациях устройств. Используя данные по отдельным компонентам, можно рассчитать суммарные величины. Например, для транзистора CoolSiC IMW120R045M1 производства компании Infineon, используя обозначения рисунка 2, можно рассчитать величины, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Суммарные паразитные емкости

Входная емкость, пФ Ciss = CGS + CGD 1900
Обратная переходная емкость (емкость Миллера), пФ Crss = CGD 115
Выходная емкость, пФ Coss = CGD + CDS 13

На рисунках 4, 5 и 6 приведены сравнения затворных, выходных и входных характеристик транзисторов CoolSiC IMW120R045M1 и IKW25N120h4 производства Infineon.

Как видно из рисунка 4, у транзистора SiC более крутое плато Миллера по сравнению с транзистором IGBT, соответственно, он обладает меньшей паразитной емкостью Миллера и лучшими динамическими свойствами.

Рис. 4. Типовые характеристики затвора

Как видно из рисунка 5, при одинаковом токе нагрузки падение напряжения на транзисторе SiC более чем в полтора раза меньше, чем на транзисторе IGBT. Соответственно, устройство SiC обеспечивает меньшие потери мощности.

Рис. 5. Типовые выходные характеристики

Особое влияние на работу устройства оказывает сопротивление цепи затвора. На рисунке 6 показаны зависимости скорости переключения и потерь на переключение от сопротивления цепи затвора для транзистора CoolSiC IMW120R045M1 производства компании Infineon.

Рис. 6. Типовые входные характеристики

Как видно из рисунка 7, время переключения и потери на переключение почти прямо пропорциональны сопротивлению цепи затвора. То есть, для обеспечения более высоких скоростей переключения и минимизации потерь энергии необходимо уменьшать сопротивление этой цепи.

Рис. 7. Зависимость скорости переключения и потерь на переключение от сопротивления цепи затвора

На рисунке 8 показано, как сопротивление цепи затвора влияет на основные физические параметры устройства.

Рис. 8. Влияние сопротивления цепи затвора RG на основные физические параметры системы

На данном рисунке:

  • td(on) – задержка включения;
  • td(off) – задержка выключения;
  • tf – время падения тока стока с 90% до 10%;
  • tr – время нарастания тока стока с 10% до 90%;
  • Eon и Eoff – потери на включение и выключение соответственно.

Общее сопротивление цепи затвора состоит из внутренней и внешней составляющих. Внутренняя составляющая зависит от используемого транзистора, внешняя – от величины и количества внешних резисторов. Существуют схемы с одним или двумя внешними резисторами в цепи затвора (рисунки 9 и 10).

Рис. 9. Типовая схема подключения драйвера транзистора SiC-MOSFET с одним внешним резистором в цепи затвора

Рис. 10. Типовая схема подключения драйвера транзистора SiC-MOSFET с двумя внешними резисторами в цепи затвора

Упрощенно схемы рисунков 9 и 10 можно представить эквивалентной схемой, изображенной на рисунке 11.

Рис. 11. Эквивалентная схема драйвера затвора

Для расчета величин эквивалентной схемы рисунка 11 используются формулы 1…3:

$$V_{Drive}=VCC2-VEE2\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

$$R_{G\_Total}=R_{DS(on)}+R_{G,ext}+R_{G,int}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

$$\tau = C_{iss}\times R_{G\_Total}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Для расчета VDrive можно использовать формулу 4:

$$V_{Drive} = i_{G}\times R_{G\_Total}+V_{C}\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

Это уравнение является дифференциальным, где iG можно рассчитать по формуле 5:

$$i_{G}=C\times \frac{dV_{C}}{dt}\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Начальные условия: Vc(t=0)=0; t=0; e-t/τ=1, соответственно имеем:

$$i_{G}(t)=\frac{V_{Drive}}{R_{G\_Total}}\times e^{-\frac{t}{\tau}} \Rightarrow V_{C}(t)=0 \Rightarrow I_{G\_max}=\frac{V_{Drive}}{R_{G\_Total} }\qquad{\mathrm{(}}{6}{\mathrm{)}}$$

Начальные условия: Vc(t→∞)=VCC2; t→∞; e-t/τ=0, соответственно имеем:

$$i_{G}(t)=\frac{V_{Drive}}{R_{G\_Total}}\times e^{-\frac{t}{\tau}} \Rightarrow V_{C}(t)=VCC2 \Rightarrow I_{G}(t)=0\qquad{\mathrm{(}}{7}{\mathrm{)}}$$

На рисунке 12 показаны графики заряда входной емкости транзистора для двух вариантов внешнего сопротивления RG,ext – 0,8 и 4 Ома.

Рис. 12. Пример тока и напряжения затвора

Критерии выбора микросхемы драйвера

Рассмотрим пример выбора драйвера для транзистора CoolSiC IMW120R045M1 производства компании Infineon. В таблице 2 приведена информация из спецификации на транзистор, необходимая для выбора драйвера.

Таблица 2. Фрагмент спецификации транзистора IMW120R045M1

Предельные значения
Параметр Символ Величина
Напряжение «сток-исток», В VDSS 1200
Ток стока для Rth(j-c,max) ограничен Tvjmax, VGS = 15 В, А TC = 25°C ID 52
TC = 100°C 36
Напряжение «затвор-исток» VGSS -10/+20*
* – Может быть использован биполярный драйвер затвора.

Выбор положительного и отрицательного напряжений на затворе влияет на срок службы устройства. Для обеспечения необходимого срока службы следует учитывать рекомендации, описанные в документе AN 2018-19.

Для выбора отрицательного напряжения на затворе воспользуемся графиком (рисунок 13) из AN 2018-19 для положительного напряжения на затворе VCC2 = 15 В, хотя транзистор IMW120R045M1 может работать и при напряжении VCC2 = 18 В.

Рис. 13. Выбор отрицательного напряжения на затворе по AN 2018-19

Нормализованная частота переключения зависит от срока службы устройства и рассчитывается по формуле 8:

$$Nf_{SW}=\frac{Af_{SW}\times T_{S}\times OT}{10},\qquad{\mathrm{(}}{8}{\mathrm{)}}$$

где:

  • NfSW – нормализованная частота переключения, кГц;
  • AfSW – фактическая частота переключения, кГц;
  • Ts – срок службы устройства, лет
  • OT – процент рабочего времени от общего, %

Таким образом, чем больше отрицательное напряжение, тем меньше нормализованная частота и, соответственно, срок службы устройства.

Согласно рисунку 13, для нормализованной частоты 100 кГц получается отрицательное напряжение VEE2 = -2,8 В. Однако допускается использовать более низкие напряжения. Минимальное напряжение VEE2 должно быть таким, чтобы сопротивление RDS(on) увеличивалось не более чем на 15% при номинальном токе и Tj = 125°C. В данном примере для обеспечения некоторого запаса прочности примем VEE2 = -2 В.

Внешний резистор RG,ext рассчитывается на основании формулы 9:

$$R_{G,ext}=\frac{V_{Drive}\times (t_{r}+t_{d(on)})}{Q_{Gate}},\qquad{\mathrm{(}}{9}{\mathrm{)}}$$

где:

QGate определяется по рисунку 4;

  • tr = 24‧10-9 c и td(on) = 9‧10-9 c (значения берутся из спецификации на транзистор IMW120R045M1;
  • VDrive = VCC2 – VEE2 = 17 В;
  • QGate, согласно рисунку 4, принимаем равным примерно 60‧10-9 Кл.

Таким образом получаем RG,ext = 9,35 Ом ≈ 10 Ом.

Рассчитаем максимальный ток затвора по формуле 10 при RG,int = 4 Ом, RG,ext = 10 Ом, RDS(on) = 0 Ом:

$$R_{G\_Total}=R_{DS(on)}+R_{G,ext}+R_{G,int};\\V_{Drive}=VCC2-VEE2;\:I_{Gmax}=\frac{V_{Drive}}{R_{G\_Total}}\qquad{\mathrm{(}}{10}{\mathrm{)}}$$

Так как расчет проводится в первый раз и величина RDS(on) неизвестна, она приравнивается к нулю.

Получаем IGmax ≈ 1,21 А.

Рассчитаем максимальную рассеиваемую мощность в цепи управления драйвера по формуле 11:

$$P_{vtot}=Q_{G}\times dV_{Drive}\times f_{SW},\qquad{\mathrm{(}}{11}{\mathrm{)}}$$

Pvtot = 0,102 Вт.

Важно выполнение условия:

Pvtot ≤ PDOUT,

где PDOUT – максимальная выходная мощность драйвера согласно спецификации.

На основании проведенных вычислений выбираем подходящий драйвер производства Infineon из таблицы 3.

Таблица 3. Рекомендуемый список драйверов для SiC MOSFET

Наименование, корпус Типовой пиковый управляющий ток, А VCC2-VEE2, В Типовая задержка распространения, нс Активное подавление эффекта Миллера Защита от короткого замыкания
1EDI20I12MF 3,5 20 ≤300 +
DSO-8 150mil
1EDC20h22AH 3,5 40 ≤125
DSO-8 300mil
1EDC60h22AH 9,4 40 ≤125
DSO-8 300mil
1EDC20I12MH 3,5 20 ≤300 +
DSO-8 300mil
1ED020I12-F2 2 28 ≤170 + +
DSO-16 300mil
2ED020I12-F2 2 28 ≤170 + +
DSO-36

Наиболее подходящим драйвером для примера, рассмотренного в этом разделе, является микросхема 1ED020I12-F2.2}{R_{Ltot}};\:P_{RG,ext\_peak\_L}=P_{peak\_L\_tot}\times \frac{R_{G,ext}}{R_{Ltot}}\qquad{\mathrm{(}}{14}{\mathrm{)}}$$

Для примера, рассмотренного в этой статье, ранее уже были вычислены следующие величины:

QG = 60 нКл;

  • RDS(on)_H = 0 Ом;
  • RDS(on)_L = 0 Ом;
  • RG,ext = 10 Ом;
  • RG,int = 4 Ом;
  • fSW = 100 кГц;
  • VDrive = 17 В.

Используя формулы 11…14, получаем результаты:

  • Pvtot = 0,102 Вт;
  • PvRG = 0,073 Вт;
  • Ppeak_H_tot = 14,74 Вт;
  • Ppeak_L_tot = 14,74 Вт.

Подобная процедура используется для расчета рассеиваемой мощности на всех компонентах.

Для резистора RG,ext средняя рассеиваемая мощность равна 0,073 Вт, тогда как пиковая рассеиваемая мощность – 14,74 Вт.{-9}C}{17\:В}=3.5\:нФ\qquad{\mathrm{(}}{15}{\mathrm{)}}$$

Получаем эквивалентную схему для пакета LT Spice (рисунок 15).

Рис. 15. Эквивалентная схема драйвера в пакете LT Spice

Результаты моделирования, показанные на рисунке 16, подтверждают расчеты, выполненные с помощью формул.

Рис. 16. Результат моделирования эквивалентной схемы драйвера в пакете LT Spice

Для рассеивания средней мощности RG,ext 0,073 Вт подойдет практически любой резистор, даже типоразмера 0402. Однако для пиковой мощности 14,74 Вт нужен тщательный подбор типоразмера. Резистор типоразмера 0603 может выдержать краткосрочную нагрузку 100 Вт, но только при комнатной температуре. Поэтому для практических целей лучше использовать резисторы типоразмера 0805 или 1206, чтобы обеспечить запас по температуре и избежать других непредвиденных ситуаций.

Выбранный в примере драйвер 1ED020I12-F2 поддерживает защиту от короткого замыкания, поэтому важно рассчитать внешние резистор и конденсатор для этой цепи. Схема включения этих элементов показана на рисунке 17.

Рис. 17. Цепь защиты от короткого замыкания

При расчете цепи защиты от короткого замыкания необходимо обращать внимание на следующие основные моменты:

  • внутренняя задержка драйвера от момента появления короткого замыкания до срабатывания цепи выключения достигает 430 нс;
  • цепь защиты от короткого замыкания может ложно срабатывать из-за паразитного влияния SiC MOSFET во время включения устройства;
  • время нечувствительности порядка 1 мкс позволяет избежать ложных срабатываний;
  • SiC MOSFET должен переключаться при VTrigger ≈ 4 В согласно спецификации устройства;
  • для подстройки момента срабатывания цепи защиты можно выбрать более высокий номинал резистора RDESAT, например, 10 кОм.

Для расчета величин рисунка 17 используются формулы 16 и 17:

$$V_{C\_DESAT}=I_{DESAT}\times R_{DESAT}+V_{F}+V_{Trigger}\qquad{\mathrm{(}}{16}{\mathrm{)}}$$

$$t_{DESAT}=C_{DESAT}\times \frac{V_{C\_DESAT}}{I_{DESAT}}\qquad{\mathrm{(}}{17}{\mathrm{)}}$$

На рисунке 18 показаны временные характеристики процесса защиты от короткого замыкания.{-6}\:А}{9\:В}\approx 83.3\:пФ\qquad{\mathrm{(}}{19}{\mathrm{)}}$$

При расчете емкости в данной цепи время tDESAT принимается равным 1,5 мкс. Выбирая окончательную величину емкости, необходимо учитывать, что диод D1 имеет некоторую емкость, например, 12 пФ, и даже соединительные дорожки и кабели могут в сумме иметь емкость несколько пФ. Поэтому величины этих емкостей вычитаются из значения, вычисленного по формуле 18. В результате получаем:

CDESAT ≤ 71 пФ

Величина tDESAT может варьироваться в некотором достаточно узком диапазоне. Для tDESAT = 1 мкс получаем CDESAT = 43 пФ, а для tDESAT = 2 мкс, CDESAT = 99 пФ.

Подведем итоги

Выбор правильного драйвера для SiC MOSFET-транзистора и расчет режима его работы – это всегда важная часть проектирования устройств на базе этих транзисторов. При проектировании особое внимание следует уделять таким параметрам как:

  • допустимые пределы напряжения «затвор-исток»;
  • величина порогового напряжения;
  • полярность управляющего напряжения: однополярное или двуполярное.

Чтобы избежать преждевременного выхода транзистора из строя, необходимо тщательно выбирать внешний резистор затвора.

Трассировка печатной платы также играет довольно большую роль в обеспечении правильного режима работы устройства.

Обобщенная последовательность шагов по проектированию цепей управления SiC MOSFET-транзистором показана на рисунке 19.

Рис. 19. Основные шаги проектирования

Заключение

В целом проектирование схемы драйвера транзистора SiC MOSFET аналогично расчету для транзисторов IGBT и MOSFET. Специалисты компании КОМПЭЛ всегда рады помочь выбрать правильные устройства и посоветовать оптимальные режимы работы для проектируемых приложений.

•••

Наши информационные каналы

Полевой транзистор. Памятка | BayRepo. ХобТех — электроника, программирование, эксперименты, исследования

В данной статье описывается эксперимент с полевыми транзисторами: IRL510, IRF530N, IRF5305, КП303Г

MOSFET N-канал IRF530N, IRL510

Подключение:

IRL510

Напряжение отпирания: 1.7В

V2=+5.1В при V1<0 IR1=0, т. транзистор при отрицательном затворе закрыт.

Uзи=V1, В IR1, мА
0 0
1.3 0.03
1.38 0.09
1.46 0.27
1.52 0.65
1.58 1.55
1.69 5.78
1.77 12.71
1.92 20.8
2.14 21
2.61 21.1
4.82 21.4

Видно, как транзистор открывается еще при Uзи = 1.3В, появляется небольшой ток.

IRF530N

Напряжение отпирания: 3.5В

V2=+5.1В при V1<0 IR1=0, т. транзистор при отрицательном затворе закрыт.

Uзи=V1, В IR1, мА
0 0
2.8 0.01
2.99 0.06
3.07 0.12
3.15 0.24
3.2 0.43
3.34 1.68
3.47 5.66
3.55 12.57
3.64 21
3.79 21.3
4.00 21.3

Видно, как транзистор открывается еще при Uзи = 2.8В, появляется небольшой ток.

График зависимостей силы тока стока от напряжения на затворе транзисторов 510(синий) и 530(красный):

MOSFET P-канал IRF5305

Подключение:

Напряжение отпирания: Uзи=-3.6, т.е ниже чем исток на 3.6В.

V2=+5.1В при V1>Uи IR1=0, т.е. транзистор закрыт.

Uзи, В V1, В IR1, мА
0 5.1 0
-2.94 2.15 -0.01
-3.05 2.04 -0.04
-3.19 1.89 -0.17
-3.33 1.75 -0.69
-3.43 1.64 -1.87
-3.62 1.40 -9.84
-3.69 1.27 -17.6
-3.78 1.14 -20.8
-3.9 1.03 -21
-4.9 0.04 -21.4

JFET N-канал КП303Г

Подключение:

Vgs=0.94В, I=1.3 мА

транзистор пропускает ток, при нулевом напяжении на завторе

V2=+5.1В

Uзи, В V1, В IR1, мА
-1.71 0.01
-1.56 0.1
-1.34 0.39
-1.01 1.15
-0.86 1.59
-0.65 2.25
-0.39 3,21
0 0 4.83
0.18 0.18 5.62
0.45 0.45 6.94
0.67 0.83 8.07
1.06 2.06 9.2
1.48 3.19 10
1.87 4.86 10.97

При 0В у него не нулевой ток стока. Чтоб его запереть, нужно подать отрицательное напряжение на затвор относительно истока. Положитльные напряжения допускаются, но не большие, не более 0.5В(а лучше еще меньше), иначе откроется управляющий p-n переход.

Как показал опыт, отрицтельное напряжение по отношению к истоку заперло транзистор, при 0 на затворе через сток протекал ток, и при напряжении на затворе выше 0.6В открылся p-n переход и на затворе появился ощутимый ток, который обеспечил падение напряжения на R2 — резисторе затвора.

Правильный способ подключения логического GND / силового GND на драйвере MOSFET

Я ответил на вопрос, очень похожий на этот, здесь ( Как правильно спроектировать разделение заземляющей плоскости для микросхемы Texas Instruments TPS63060? ), Но я настрою для вас ответ здесь.

IRF просит вас сохранять эти основания «раздельными» в том смысле, что они не хотят (например, 5А) тока, протекающего через выходные переключатели / каскады, возмущать заземление, которое IC использует для своего контура управления слабым сигналом ,

Допустим, ваша заземляющая плоскость / медь имеет сопротивление 0,010 Ом (что глупо для медной плоскости). Допустим, в понижающем преобразователе ваш нижний синхронный переключатель включается, и ток через синие стрелки протекает там. С учетом сопротивления плоскости (без учета индуктивности) закон Ома говорит нам, что произойдет падение на 50 мВ. Соседним компонентам, которые прикреплены к плоскости заземления вблизи пути, по которому течет ток, заземление будет нарушено потоком тока (примечание: одна из самых простых вещей, которую может сделать разработчик, — это просто разместить чувствительные схемы физически отдельно от областей с высокой мощностью ).

Красная линия представляет ток, когда нижний транзистор включен. Если этот транзистор переключается, скажем, на 5-10 А (как предложено выше), вы увидите падение напряжения на вашей плоскости GND, особенно вблизи этого транзистора.

Почему это важно?

Зеленая часть схемы, которую я обвел, является драйвером внутреннего затвора для этой части. Его цель в жизни — принять входной сигнал логического уровня на входе IN и превратить его в сигнал, который может управлять внешним полевым МОП-транзистором. Так как это нижняя сторона, ему не нужен зарядный насос или что-то необычное.

Однако посмотрите на землю части и синюю стрелку. Это представляет текущий путь, когда ваш драйвер пытается отключить нижний MOSFET. Напомним, что MOSFET контролируется VGS или напряжением затвора к источнику. Когда это напряжение выше определенного порога, транзистор включен. Когда он ниже, транзистор должен быть выключен. Этот драйвер пытается сделать это как можно быстрее и аккуратнее, чтобы избежать таких нежелательных эффектов, как включение эффекта Миллера .

Источником вашего МОП-транзистора с низкой стороны является «силовой» GND, который будет видеть сильные токи. Вы хотите, чтобы ваш водитель, так сказать, «ездил на бронзовой подвеске», чтобы при попытке подвести VGS к нулю, он управлял полем MOSFET с тем же потенциалом, что и его источник MOSFET. Если он был привязан к узлу GND, потенциал которого не равен источнику (например, GND на другой стороне чипа), вы можете фактически получить VGS (когда он выключен), который равен — / + несколько сотен милливольт вместо 0В.

Итак, что вы действительно хотите здесь сделать, так это подключить контакт COM исключительно к источнику MOSFET самым прямым способом — не переходите непосредственно к плоскости GND. Вы хотите, чтобы ток протекал из исходного узла MOSFET («power GND») в COM-узел.

Наконец, давайте посмотрим на узел VSS:

Это ссылка на логическом уровне для входящего ШИМ-сигнала — достаточно простая. Триггер Шмитта будет использовать этот узел в качестве сравнения, чтобы увидеть, соответствуете ли вы требованиям VIH / VIL и хотите ли вы, чтобы в драйвер входили «1» или «0». В идеале это тот же потенциал, что и у микропроцессора / что бы ни управляло этим чипом.

Итак, подведем итог :

  • у вас должен быть конденсатор между контактами 7 и 3, это локальный разделительный конденсатор для внутренней логики. Один 0.1uF должен быть в порядке.
  • COM-узел можно рассматривать как возврат «драйвера затвора нижней стороны», и на него следует ссылаться как можно ближе к потенциалу источника MOSFET.
  • сильные токи, протекающие в печатной плате, не позволяют предположить, что GND везде одинаковый потенциал

Так что то, что у вас есть для вашего COM-соединения, правильно, IMO.

ИНТЕРЕСНО — Работа шпинделя через дешевый китайский мосфет | Страница 6

Китайцы нередко в своих платах повторяют то, что сами с трудом понимают.
Смотрим даташит на LM317.
стр. 4, Reference Voltage= 1.25V. Это то, что на ноге ADJ.
R8= 5K6, R9=10K.
Выходное напряжение:
Uout= Uref *(R9+R8) / R8= 3.48V
Можно убедиться ткнувшись вольтметром на ногу 2 LM317 и минус кондюков С4 или С5.

От этого напряжения питается таракаша NE555.
То, что R6=100K — это ошибка. Наверное, 100 Ом.
Никак не выше этого напряжения, 3.4В, на её ноге 3.

Смотрим даташит транзисторов NTP75N06.
Стр2., Gate Threshold Voltage.
Максимальное ПОРОГОВОЕ максимальное напряжение — 4.0В
Типовое — 2.8В
Это означает, что от 3.4В он только начинает открываться, причём, как повезёт, в зависимости от конкретного транзистора. Даже картинку эту сделал, оба графика полезны.

Передаточные характеристики (стр. 3, Figure 1., On-Region Characteristics) только начинают нормироваться с напряжения на 1 Вольт больше, чем там может быть — Vgs=4.5V.
Это означает, что при достаточно мощном двигателе, желающем покушать много ампер, половина и более напряжения запросто падёт на этом транзисторе. Они будут греться. Поэтому они ставят два таких транзистора. И это не спасает.
Смотрим далее.
Сопротивление сток-исток нормируется на 9.5 мОм при (внимание!) 10В на затворе. (стр2. Static Drain-to-Source On-Resistance)
Значит, если мы хотим нормальное шим-управление от такого транзистора, на затворе нам нужны 10 Вольтовые импульсы.

Вот и всё.
Да, кстати, предельное напряжение питания LM317 — 40V. Не превышайте это напряжение .

Предлагаю такой вариант переделки схемы:
Выкидываем NE555 — обязательно, ибо сгорит.
R8= 10K, R9=1K6. Тогда выходное напряжение LM317 равно 9В.
Отрезаем общую точку R1 и R2 от истоков транзисторов и земли и подцепляем её к 9В. Если R9=1К4, то 10.1В
Т.е., теперь на затворы подано 9В через резаки 1К.
Теперь транзисторы всегда открыты, причём очень хорошо.
Чтобы их закрывать надо их затворы сажать на землю.
Требуется ещё один NPN транзистор, как нарисовано зелёным.
Хорошо бы убедиться, что С6 выдержит, или выкинуть его.

Однако, в таком режиме при подаче 1 напряжения с выхода адруины мотор будет стоять, а при заземлении провода, 0 — крутиться.
Эта инверсия, наверное, не годится? Честно, ребята, я пока не знаю, извините.

Схему можно дополнить ещё одним транзистором, или микрухой, или программированием.
Поскольку это всё вероятностная вещь, я пока не буду рисовать.
Скажите, что именно надо, дорисую.

Ваши сообщения автоматически объединены:


Таки скажите мне, чем моя схема принципиально опасней, например, вот этой — которая используется для обучения новичков основам Ардуино.

(схема взята из этой статьи: https://ergoz.ru/arduino-n-channel-mosfet-upravlyaem-vyisokim-napryazheniem/ )

В этой схеме постоянное напряжение не подаётся. Либо питание, либо ноль.
В исходном посте, на который я сказал «можно повредить» речь шла о том, что на затвор подавалось постоянное напряжение.
Чуть ранее я выложил даташит на этот транзистор.
При таком напряжении он только начинает открываться.
Но мотор то всяк не сгорит, а вот транзистору потребуется могучий радиатор, корпус его всего 2.4 Вт выдержит без помощи.

Ваши сообщения автоматически объединены:


ЮрийВ, такую схему одобряете? Это то, что у меня получилось в итоге (после перерезания дорожек на ШИМ-плате с целью исключения из работы ненужных элементов). Проверил на практике — работает. Насчет безопасности и поддержания работоспособности — готов выслушать советы (лучше в виде пометок на схеме):
Схему одобряю, но её вход не на ногу адруины, а на доп. преобразователь на транзисторе теперь уже 13 Вольт. Ибо 1К и 300 Ом — делитель.

Ваши сообщения автоматически объединены:


И кстати, раз уж тут всё объединяется, второй мосфед можно использовать на втором моторе.
Одного за глаза и за уши, даже без радиатора.

MOSFET последовательно и параллельно

Электрические характеристики, показанные MOSFET, дадут нам общее представление о том, что MOSFET является компонентом питания, последовательное и параллельное соединения MOSFET могут обеспечивать различные электрические характеристики.

В этом посте мы объясняем полевые МОП-транзисторы в последовательном и параллельном подключении, включая возможные преимущества и недостатки, демонстрируемые обеими схемами в цепи.

МОП-транзистор последовательно МОП-транзистор в серии

На рисунке показан МОП-транзистор в сети последовательной модели, подключение осуществляется путем подключения одного и того же резистора затвора для каждого МОП-транзистора, а также МОП-транзисторы должны быть идентичны друг другу.

Большая часть сети полевых МОП-транзисторов временного ряда создается путем соединения полевых МОП-транзисторов друг к другу, то есть соедините клемму истока первого полевого МОП-транзистора с клеммой стока второго полевого МОП-транзистора и продолжайте.

Одиночный входной сигнал низкого напряжения действует на первый полевой МОП-транзистор, который включает все остальные МОП-транзисторы в этом соединении и устройства, которые включаются путем подачи заряда через них.

Полевой МОП-транзистор высокого напряжения

Основной причиной для последовательного соединения MOSFET является то, что он имеет высокое номинальное напряжение.

Но в сети с последовательными МОП-транзисторами есть проблема, заключающаяся в неравном распределении напряжения между устройствами, переходной и установившейся работе, которая может повредить все последовательно включенные устройства.

Последовательное соединение МОП-транзисторов имело высокую пропускную способность, и когда мы соединяем МОП-транзисторы последовательно, их длина канала удваивается, но ширина остается неизменной.

Параллельная схема MOSFET Параллельная схема MOSFET
  • Когда мы подключаем MOSFET параллельно, нам нужно учитывать используемый MOSFET и резистор затвора, потому что необходимо, чтобы все было идентично друг другу.
  • Целью параллельной сети MOSFET является то, что они должны обрабатывать большие токи и распределять нагрузку, это возможно, когда все MOSFET одинаковы.
  • Резистор затвора должен поддерживать одно и то же значение сопротивления, поскольку нам необходимо поддерживать одинаковое время срабатывания каждого полевого МОП-транзистора.
  • Параллельная сеть MOSFET равномерно распределяет нагрузку на каждое устройство, это уменьшит количество тепла, выделяемого во всей цепи.

UnitedSiC Использование соединений Кельвина для повышения эффективности переключения в SiC FET

Др.Ануп Бхалла, вице-президент по проектированию UnitedSiC

Физика и дает, и отнимает. Устройства, изготовленные из материалов с широкой запрещенной зоной, таких как карбид кремния (SiC), предлагают разработчикам транзисторы, которые могут поддерживать высокую плотность мощности благодаря сочетанию низких потерь проводимости и потерь переключения, высоких рабочих температур перехода и высокой скорости переключения. . Эти высокие плотности мощности привлекательны для создания меньших цепей управления и преобразования мощности, но не могут быть достигнуты за счет выбора только полупроводникового материала.Такие устройства должны предлагаться в корпусах с низким тепловым сопротивлением, таких как ТО-247, чтобы рассеиваемое ими тепло можно было легко отводить. К сожалению, и здесь физика снова отступает, соединения с корпусом TO-247 часто имеют высокую индуктивность, что может ограничивать скорость переключения.

Физика дает и физика забирает, и в этом случае предлагает решение проблемы индуктивности с помощью метода, называемого соединением Кельвина. Однако такие соединения должны быть реализованы осторожно, если физика не собирается лишний раз лишить их преимуществ.

Соединение Кельвина

T Шотландско-ирландский экспериментатор лорд Кельвин заботился о точности измерения физических явлений, таких как электрические токи. Он понял, что для измерения низкого сопротивления по закону Ома путем проверки вызванного им падения напряжения при заданном токе он должен измерять напряжение точно на резисторе, соединения которого отделены от тех, по которым течет ток. Этот метод стал известен как соединение Кельвина.

Соединение Кельвина изначально предназначалось для измерения статического напряжения в нужной точке цепи, но его также можно использовать для подачи напряжения в нужную точку. Например, при управлении затвором полевого МОП-транзистора на высокой частоте соединение истока с устройством является общей точкой для напряжения затвор-управление и тока сток-исток. Если имеется общая индуктивность истока L (как на рис. 1), то изменения тока повлияют на напряжение затвора пропорционально индуктивности L и скорости изменения тока.Когда затвор закрывается, напряжение, возникающее на индуктивности L, удерживает затвор дольше, замедляя падение тока. И наоборот, во время включения напряжение на катушке индуктивности L замедляет скорость нарастания тока.

Рис. 1. Индуктивность с общим истоком может вызывать переходные процессы напряжения затвора, которые замедляют коммутационные токи

Управление воздействием индуктивности свинца

Индуктивность L может быть отнесена к внутренним соединительным проводам МОП-транзисторов и обычно составляет около 1 нГн на мм.Если устройство имеет выводы, как в корпусе ТО-247, эти внешние соединения также добавляются к L.

Когда время переключения измерялось в микросекундах, ампер коммутируемого тока производил переходные процессы только в милливольты, что оставляло напряжение на затворе практически неизменным. Однако устройства с широкой запрещенной зоной (WBG) могут переключать десятки ампер за несколько наносекунд, создавая переходные процессы около 2–5 В на нГн индуктивности соединения. Если этот переходный процесс добавляется к приводу затвора, он останавливает выключение полевого МОП-транзистора, что может привести к звону и даже отказу устройства.

Этот эффект можно уменьшить с помощью кремниевых МОП-транзисторов, если в выключенном состоянии на затвор подается отрицательное напряжение, возможно, до –10 В, чтобы предотвратить уменьшение смещения, вызванное скачком напряжения. Это приводит к большему рассеиванию мощности затвора, которое также зависит от общего размаха напряжения затвора. Это больше проблема с устройствами WBG, изготовленными с использованием SiC или нитрида галлия, которые могут поддерживать отрицательное напряжение возбуждения только около -3 В. Решение состоит в том, чтобы сделать соединение по Кельвину, чтобы гарантировать, что возврат затвора будет как можно ближе к исходное соединение кристалла MOSFET.Хотя это легко сделать с корпусом в масштабе микросхемы, если производители хотят использовать корпус TO-247 из-за его превосходных характеристик рассеивания тепла, они должны добавить четвертый вывод для соединения по Кельвину (рис. 2).

Рисунок 2: Четвертый вывод этого комплекта TO-247 предлагает соединение Кельвина с источником

Более быстрое переключение повышает эффективность

Управление индуктивностью выводов и их потенциальным влиянием на смещения затвора с помощью соединений Кельвина означает, что устройства с широкой запрещенной зоной могут работать с их реальными скоростями переключения без необходимости применения отрицательных напряжений затвора.Это упрощает схемы привода. Эффект поразителен: когда каскоды SiC JFET от UnitedSiC помещаются в корпуса с тремя выводами, для поддержания надежности устройства приходится замедлять работу. Реализованный в четырехконтактном корпусе с соединениями Кельвина, скорость нарастания тока может превышать 5000 А/мкс, что обеспечивает большую эффективность без влияния на сигналы управления затвором.

Поскольку физика дает и отнимает, даже в корпусе TO-247 все еще есть индуктивность выводов устройства, с которой приходится бороться, обычно с небольшим демпфером между стоком и истоком, чтобы предотвратить выбросы напряжения на пути питания.Контур управления затвором также должен быть тщательно проложен, чтобы свести к минимуму его индуктивность и предотвратить воздействие внешних магнитных полей, вызванных основным коммутационным контуром.

Какое соединение Кельвина?

Существуют и другие практические проблемы с реализацией соединений Кельвина. Если возврат привода затвора является основной системой 0 В, подключенной к земле питания, вероятно, будет неудобно также сделать эту общую точку соединением Кельвина с переключателем. Если силовая цепь представляет собой полный мост, будет как минимум два устройства нижнего плеча, каждое с соединением Кельвина, поэтому какое из них следует подключить к системе 0 В? Эта проблема становится более сложной, если в проводе источника устройства используется резистивное измерение тока: если соединение Кельвина представляет собой системный 0 В, напряжение, генерируемое на резисторе, отрицательное.

Один из способов исправить это — изолировать привод затвора через оптопару или трансформатор, что в любом случае необходимо для любых приводов верхнего плеча. Если такая изоляция используется для стороны низкого напряжения, соединение Кельвина может быть плавающим, изолированным от системы 0 В (рис. 3). Использование трансформатора также означает, что разработчики могут при желании создать отрицательный привод затвора в закрытом состоянии, а положительный привод масштабируется до оптимального значения путем регулировки коэффициента трансформации.

Рис. 3. Изолированный привод затвора трансформатора

Больше дают, чем берут

Соединения по Кельвину с выводными устройствами с широкой запрещенной зоной означают, что они могут поставляться в корпусах TO-247, обеспечивающих рассеивание высокой мощности.Это приближает нас к переключателю, который является идеальным с электрической точки зрения, но при этом может практически использоваться при высоких уровнях мощности.

Обозначение, работа, типы и различные пакеты

Силовая электроника Коммутационные компоненты, такие как BJT, MOSFET, IGBT, SCR, TRIAC и т. д., являются важными устройствами, используемыми при разработке многих цепей, начиная от простой схемы драйвера и заканчивая сложными силовыми выпрямителями и инверторами. . Самым основным из них является BJT, и мы уже изучили работу транзисторов BJT.Помимо BJT, широко используемыми силовыми ключами являются полевые МОП-транзисторы. По сравнению с BJT, MOSFET может работать с высоким напряжением и большим током, поэтому он популярен среди приложений с высокой мощностью. В этой статье мы познакомимся с основами MOSFET , его внутренней конструкцией, принципом работы и тем, как использовать их в своих схемах. Если вы хотите пропустить теорию, вы можете прочитать статью о популярных полевых МОП-транзисторах и о том, как их использовать, чтобы ускорить процесс выбора деталей и проектирования.

 

Что такое МОП-транзистор?

MOSFET расшифровывается как Metal Oxide Field Effect Transistor , MOSFET был изобретен для преодоления недостатков полевых транзисторов, таких как высокое сопротивление стока, умеренное входное сопротивление и более медленная работа.Таким образом, MOSFET можно назвать усовершенствованной формой FET. В некоторых случаях полевые МОП-транзисторы также называются IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). С практической точки зрения, МОП-транзистор — это устройство, управляемое напряжением, то есть при подаче номинального напряжения на вывод затвора МОП-транзистор начнет проводить ток через выводы стока и истока. Подробности мы узнаем позже в этой статье.

 

Основное различие между FET и MOSFET заключается в том, что MOSFET имеет электрод затвора из оксида металла, электрически изолированный от основного полупроводника n-каналом или p-каналом тонким слоем диоксида кремния или стекла.Изоляция управляющего затвора увеличивает входное сопротивление полевого МОП-транзистора до чрезвычайно высокого значения, составляющего мегаомы (МОм).

 

Символ МОП-транзистора

В общем, полевой МОП-транзистор представляет собой четырехконтактное устройство с выводами сток (D), исток (S), затвор (G) и корпус (B)/подложка. Клемма корпуса всегда будет подключена к клемме источника, поэтому полевой МОП-транзистор будет работать как трехконтактное устройство.На изображении ниже символ N-канального MOSFET показан слева, а символ P-канального MOSFET показан справа.

 

Наиболее часто используемым корпусом для MOSFET является корпус To-220, для лучшего понимания давайте взглянем на распиновку знаменитого MOSFET IRF540N (показан ниже). Как видите, выводы Gate, Drain и Source перечислены ниже, помните, что порядок этих выводов будет меняться в зависимости от производителя.Другими популярными МОП-транзисторами являются IRFZ44N, BS170, IRF520, 2N7000 и т. д.

.

   

МОП-транзистор в качестве переключателя

Наиболее распространенное применение MOSFET — использование его в качестве переключателя. На приведенной ниже схеме показан МОП-транзистор, работающий как переключающее устройство для включения и выключения лампы. Входное напряжение затвора V GS подается с помощью источника входного напряжения. Когда приложенное напряжение положительное, двигатель будет включен, а если приложенное напряжение равно нулю или отрицательное, лампа будет выключена.

 

Когда вы включаете МОП-транзистор, подавая требуемое напряжение на контакт затвора, он останется включенным, если вы не подадите 0 В на затвор. Чтобы избежать этой проблемы, мы всегда должны использовать подтягивающий резистор (R1), здесь я использовал значение 10 кОм. В таких приложениях, как управление скоростью двигателя или диммирование света, мы будем использовать сигнал ШИМ для быстрого переключения, в этом случае емкость затвора MOSFET создаст обратный ток из-за паразитного эффекта.Чтобы решить эту проблему, мы должны использовать токоограничивающий конденсатор, здесь я использовал значение 470.

 

Вышеупомянутая нагрузка считается резистивной, поэтому схема очень проста, и в случае, если нам нужно использовать индуктивную или емкостную нагрузку, нам нужно использовать какую-то защиту, чтобы предотвратить повреждение МОП-транзистора. Например, если мы используем емкостную нагрузку без электрического заряда, это рассматривается как короткое замыкание, это приведет к высокому «броску» тока, а когда приложенное напряжение снимается с индуктивной нагрузки, будет большое количество обратного напряжения в цепи, когда магнитное поле рушится, это приведет к наведенной обратной ЭДС в обмотке индуктора.

 

Классификация МОП-транзисторов

МОП-транзистор подразделяется на два типа в зависимости от типа операций, а именно: МОП-транзистор с режимом расширения (E-MOSFET) и МОП-транзистор с режимом истощения (D-MOSFET). как n-канал и p-канал. Итак, в целом существует 4 различных типа МОП-транзисторов

.
  • N-канальный режим истощения MOSFET
  • Режим истощения P-канала MOSFET
  • Режим расширения N-канального МОП-транзистора
  • Режим расширения P-канала MOSFET

 

N-канальные МОП-транзисторы называются NMOS и обозначаются следующими символами.

В соответствии с внутренней конструкцией полевого МОП-транзистора, выводы затвора (G), стока (D) и источника (S) физически соединены в полевом МОП-транзисторе с режимом истощения, в то время как в режиме расширения они физически разделены. символ отображается сломанным для полевого МОП-транзистора с режимом улучшения. МОП-транзисторы с P-каналом называются PMOS и обозначаются следующими символами.

Из доступных типов N-Channel Enhancement MOSFET является наиболее часто используемым MOSFET.Но ради познания попробуем разобраться в разнице. Основное различие между N-Channel MOSFET и P-Channel MOSFET заключается в том, что в N-канале переключатель MOSFET остается разомкнутым до тех пор, пока не будет подано напряжение затвора. Когда на вывод затвора подается напряжение, переключатель (между стоком и истоком) замыкается, а в P-Channel MOSFET переключатель остается закрытым до тех пор, пока не будет подано напряжение затвора.

 

Аналогично, основное различие между режимом расширения и режимом истощения MOSFET заключается в том, что напряжение затвора, подаваемое на E-MOSFET, всегда должно быть положительным, и он имеет пороговое напряжение, выше которого он полностью включается.Для D-MOSFET напряжение на затворе может быть как положительным, так и отрицательным, и он никогда не открывается полностью. Также обратите внимание, что D-MOSFET может работать в режиме расширения и истощения, а E-MOSFET может работать только в режиме расширения.

 

Конструкция МОП-транзистора

На изображении ниже показана типичная внутренняя структура MOSFET . Хотя полевой МОП-транзистор является усовершенствованной формой полевого транзистора и работает с теми же тремя выводами, что и полевой транзистор, внутренняя структура полевого МОП-транзистора действительно отличается от обычного полевого транзистора.

 

Если вы посмотрите на структуру, вы увидите, что клемма затвора закреплена на тонком металлическом слое, который изолирован слоем диоксида кремния (SiO2) от полупроводника, и вы сможете увидеть два полупроводника N-типа. фиксируется в области канала, где размещены выводы стока и истока. Канал между стоком и истоком полевого МОП-транзистора является N-типом, в противоположность этому подложка выполнена как P-типа. Это помогает смещать МОП-транзистор в обеих полярностях, как положительной, так и отрицательной.Если вывод затвора MOSFET не смещен, он останется в непроводящем состоянии, поэтому MOSFET в основном используется при разработке переключателей и логических элементов.

 

Принцип работы МОП-транзистора

В общем, МОП-транзистор работает как переключатель, МОП-транзистор управляет напряжением и током между истоком и стоком. Работа МОП-транзистора зависит от МОП-конденсатора , который представляет собой поверхность полупроводника под оксидными слоями между выводами истока и стока.Его можно преобразовать из p-типа в n-тип, просто подав положительное или отрицательное напряжение затвора соответственно. На изображении ниже показана блок-схема MOSFET.

 

 

При подключении между стоком и истоком напряжения сток-исток (V DS ) на сток подается положительное напряжение, а на исток — отрицательное. Здесь PN-переход на стоке смещен в обратном направлении, а PN-переход на истоке смещен в прямом направлении.На этом этапе между стоком и истоком не будет никакого тока.

 

Если мы приложим положительное напряжение (V GG ) к выводу затвора, из-за электростатического притяжения неосновные носители заряда (электроны) в подложке P начнут накапливаться на контакте затвора, который образует проводящий мост между двумя n+ регионы. Количество свободных электронов, накопленных на затворном контакте, зависит от силы приложенного положительного напряжения.Чем выше приложенное напряжение, тем больше ширина n-канала, образующегося за счет накопления электронов, это в конечном итоге увеличивает проводимость и ток стока (I D ) начнет протекать между истоком и стоком.

 

Когда на клемму затвора не подается напряжение, не будет протекать никакого тока, за исключением небольшого тока из-за неосновных носителей заряда. Минимальное напряжение, при котором MOSFET начинает проводить ток, называется пороговым напряжением .

  

Работа полевого МОП-транзистора в режиме истощения:

МОП-транзисторы с режимом обеднения обычно называют «включенными», поскольку они обычно находятся в закрытом состоянии, когда на клемме затвора отсутствует напряжение смещения. Когда мы увеличиваем приложенное напряжение к затвору в положительном направлении, ширина канала будет увеличиваться в режиме истощения. Это увеличит ток стока I D через канал. Если приложенное напряжение затвора сильно отрицательное, то ширина канала будет меньше, и полевой МОП-транзистор может войти в зону отсечки.

 

VI характеристики:

Характеристики V-I полевого МОП-транзистора в режиме обеднения построены между напряжением сток-исток (V DS ) и током стока (I D ). Небольшое напряжение на клемме затвора будет контролировать ток, протекающий через канал. Канал, образованный между стоком и истоком, будет работать как хороший проводник с нулевым напряжением смещения на выводе затвора. Ширина канала и ток стока увеличиваются, если на затвор подается положительное напряжение, тогда как они уменьшаются, когда на затвор подается отрицательное напряжение.

 

Работа MOSFET в расширенном режиме:

Работа MOSFET в режиме Enhancement аналогична работе открытого ключа, он начнет проводить, только если положительное напряжение (+V GS ) подается на вывод затвора и ток стока начинает течь через устройство. Ширина канала и ток стока увеличиваются при увеличении напряжения смещения. Но если приложенное напряжение смещения равно нулю или отрицательно, транзистор сам останется в выключенном состоянии.

 

VI Характеристики:

VI характеристики полевого МОП-транзистора в расширенном режиме построены между током стока (I D ) и напряжением сток-исток (V DS ). Характеристики VI разделены на три различных области, а именно омические области, области насыщения и области отсечки. Область отсечки — это область, в которой МОП-транзистор будет находиться в выключенном состоянии, когда приложенное напряжение смещения равно нулю. Когда приложено напряжение смещения, полевой МОП-транзистор медленно переходит в режим проводимости, и медленное увеличение проводимости происходит в омической области.Наконец, в области насыщения постоянно подается положительное напряжение, и МОП-транзистор остается в состоянии проводимости.

 

Пакеты МОП-транзисторов МОП-транзисторы

доступны в различных корпусах, размерах и названиях для их использования в различных приложениях. В общем, МОП-транзисторы поставляются в 4 различных корпусах, а именно для поверхностного монтажа, сквозного монтажа, PQFN и DirectFET

.

МОП-транзисторы доступны с разными именами в каждом типе упаковки следующим образом:

Поверхностный монтаж: ТО-263, ТО-252, МО-187, СО-8, СОТ-223, СОТ-23, ТСОП-6 и т. д.

Сквозное отверстие:   ТО-262, ТО-251, ТО-274, ТО-220, ТО-247 и т. д.

PQFN:   PQFN 2×2, PQFN 3×3, PQFN 3,3×3,3, PQFN 5×4, PQFN 5×6 и т. д.

DirectFET: DirectFET M4, DirectFET MA, DirectFET MD, DirectFET ME, DirectFET S1, DirectFET SH и т. д.

Переключатели MOSFET

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • Понимание работы переключателей Power MOSFET.
  • Распознавание важных характеристик силовых полевых МОП-транзисторов.
  • Выберите подходящие силовые МОП-транзисторы для коммутации постоянного тока.
  • Описать типичные схемы драйверов для мощных полевых МОП-транзисторов при переключении и управлении сильноточными нагрузками.
  • Распознайте типичные меры безопасности для предотвращения повреждений из-за перегрева, перенапряжения или перегрузки по току.

Сборка переключателей MOSFET.

Рис. 4.6.2 Переключатель MOSFET

Рис. 4.6.3 ШИМ+логика


Источник сигнала

Для проверки расчетов, сделанных в Модуле 4.5, схема, показанная на рис. 4.6.2, была построена на полосовой плате (протоплате). Требуется всего несколько компонентов, и схема также включает оптоизолятор для изоляции любой цепи логического входа от сильноточного высоковольтного выхода, которым может управлять коммутатор.

Нагрузкой цепи переключателя MOSFET в данном случае является лампа автомобильной фары 12 В мощностью 36 Вт, а входом переключателя MOSFET будет сигнал логического уровня с широтно-импульсной модуляцией.Это может обеспечиваться любой логической схемой, совместимой с напряжением 5 В, генерирующей ШИМ-сигнал с частотой в диапазоне высоких звуковых частот. В первоначальных тестах N-канальный переключатель MOSFET Low Side был подключен к схеме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) + логическая схема, основанная на модифицированной версии конструкции с одним таймером 555 (рис. 4.4.8) в разделе «Изучение электронных генераторов», где описание его работы можно найти. Для этих тестов был добавлен инвертор Шмитта, чтобы обеспечить быстрое время нарастания и спада результирующего выходного сигнала ШИМ.Вы можете загрузить полную информацию о конструкции схемы ШИМ здесь.

A. В качестве альтернативы переменный входной сигнал ШИМ может быть получен от любой схемы, имеющей логический выход 5 В, такой как Arduino, как показано на рис. 4.6.9, в этом случае выполняется простой эскиз ШИМ, который постоянно затемняет и увеличивает яркость лампы.

Принципиальная схема переключателя показана на рис. 4.6.5, а схема начальных испытаний — на рис. 4.6.1.

Рис. 4.6.4 Переключатель нижней стороны канала N

Источники широтно-импульсной модуляции

Два выхода доступны из схемы ШИМ, которые являются фактическим сигналом ШИМ и инвертированной версией.Любой из них может быть применен к входным клеммам схемы MOSFET. Для тестирования выход MOSFET-переключателя был подключен к нагрузке 36 Вт (лампа автомобильной фары), подключенной между источником питания 12 В лампы и клеммой Drain MOSFET-переключателя, как показано на рис. 4.6.5. Это представляет собой максимальную нагрузку 3 А, на которую рассчитана схема, поскольку 3 А также является общим максимальным током, доступным для настольных источников питания.

Входной сигнал ШИМ также может быть получен от любой схемы, имеющей логический выход 5 В, такой как Arduino, как показано на рис. 4.6.8, в данном случае работает простой PWM-скетч, который постоянно затемняет и осветляет лампу.

Работа схемы широтно-импульсного модулятора основана на схеме 555, описанной в модуле Генераторы 4.4. Для использования в качестве драйвера полевого МОП-транзистора схема была немного изменена, чтобы увеличить ее рабочую частоту, поскольку, когда она используется для управления нагрузками, такими как коллекторные двигатели постоянного тока, рабочая частота должна быть достаточно высокой, чтобы не вызывать слышимого шума, поскольку индуктивная природа двигателя может заставить его работать как громкоговоритель на низких частотах.Действие оптоизолятора также описано в модуле «Полупроводники» 5.2.

Цепь переключателя МОП-транзистора

Рис. 4.6.5 Переключатель MOSFET с изолированным входом

Оптоизолятор (IC1) и его два резистора R1 и R2 не являются абсолютно необходимыми для работы MOSFET, но очень желательны, поскольку полная схема представляет собой очень полезный автономный переключатель, подходящий для сопряжения многих низковольтных, слаботочных электроника проектирует периферийные устройства с более высоким напряжением/током.IC1 выполняет две функции; он изолирует любую внешнюю схему управления от MOSFET, а также увеличивает амплитуду логического сигнала 5 В в достаточной степени для управления стандартным (т.е. не версией с логическим входом) MOSFET без необходимости в дополнительном усилителе. Назначение R3 состоит в том, чтобы предотвратить или ослабить любой звон, который может быть вызван комбинацией емкости затвора и индуктивности любой проводки, особенно в цепях возбуждения, работающих на высоких частотах, где это более важно при возбуждении высокочастотных цепей, таких как импульсные блоки питания.Типичное значение для R3 должно быть 100 Ом или меньше, так как более высокие значения могут замедлить переключение.

При переключении полевых МОП-транзисторов важно, чтобы время переключения между выключенным и включенным состояниями было как можно короче. Когда полевой МОП-транзистор полностью включен (насыщен), напряжение сток-исток близко к нулю, поэтому, хотя может протекать большой ток, рассеиваемая мощность (I 2 R) очень мала. Когда МОП-транзистор выключен, между стоком и истоком будет большое напряжение, но ток практически не течет, поэтому снова мощность, рассеиваемая в МОП-транзисторе, практически равна нулю Ватт.Однако во время переключения между включением и выключением как напряжение, так и ток будут значительными, и поэтому большое количество энергии будет рассеиваться за очень короткое время. Следовательно, чем быстрее можно включить или выключить полевой МОП-транзистор, тем меньше мощности будет рассеиваться. Общая мощность, рассеиваемая в течение каждого рабочего цикла, будет примерно равна сумме рассеяния в течение каждого из периодов включения и выключения.

R4 гарантирует, что при выключении МОП-транзистора при снятии положительного сигнала управления затвором емкость затвора сразу же разряжается до нуля вольт, а не остается близкой к уровню включения, что снижает вероятность случайного включения МОП-транзистора.D1 подключен к клеммам нагрузки, чтобы предотвратить повреждение полевого МОП-транзистора из-за противо-ЭДС при использовании с индуктивными нагрузками.

 

Рис. 4.6.6 Оптоизолятор 4N25 Осциллограммы

Рис. 4.6.7a Форма сигнала стока при минимальной мощности

Рис. 4.6.7b Форма сигнала стока при максимальной мощности

Глядя на действие переключения МОП-транзистора, можно увидеть из сигналов на рис. 4.6.6 и 4.6.7 а и б. Обратите внимание на рис. 4.6.6, что есть некоторая кривизна возрастающего напряжения в форме волны B (выход оптоизолятора), которая имеет тенденцию замедлять переключение.Это связано с относительно медленным временем включения (по сравнению с рабочей частотой) оптоизолятора. Однако, глядя на формы сигналов стока на рис. 4.6.7 a и b это не повлияло неблагоприятно на время включения МОП-транзистора, поскольку кривизна формы выходного сигнала оптоизолятора в основном связана с верхними уровнями напряжения сигнала затвора 10 В пик-пик после того, как МОП-транзистор уже включился. Обратите внимание, что оптоизолятор 4N25 не считается особенно быстрым; существует ряд более быстрых устройств, в которых в качестве выходного компонента используются оптодиоды вместо оптотранзисторов, однако они, как правило, стоят дороже и с большей вероятностью будут использоваться в высокочастотных системах.

Температурные испытания

При испытании превышения температуры всей цепи на рис. 4.6.8 и 4.6.9 было обнаружено, что, хотя расчеты предполагали повышение температуры лишь немного выше 25°C, полная схема, показанная на рис. 4.6.9, фактически работала при максимальной температуре около 28°C. Выше, чем предполагают расчеты, но все еще находится в безопасных пределах при использовании двигателя 3 А в качестве нагрузки. Однако при подключении цепи к лампе мощностью 36 Вт, как показано на рис.4.6.8, повышение температуры было значительно выше, примерно до 37°C, это, по-видимому, отчасти было связано с тем, что лампа (очень горячая) находилась так близко к MOSFET и, следовательно, повышала температуру окружающей среды. Температура полевого МОП-транзистора упала до 29°, когда между лампой и полевым МОП-транзистором был помещен небольшой экран из губки.

Рис. 4.6.8 Arduino управляет лампой мощностью 36 Вт.

Рис. 4.6.9 Arduino и двигатель постоянного тока на 3 А.

Таким образом, коммутатор хорошо работал как с резистивной (лампа 12 В), так и с индуктивной (щеточный двигатель постоянного тока) нагрузкой до 3 А при питании от источника 12 В с входом от источника логики 5 В.Входной сигнал обеспечивался либо простой схемой широтно-импульсного модулятора, либо Arduino.

Схема также показала хорошие результаты с заменой полевого МОП-транзистора на МОП-транзистор с логическим уровнем 039N04L. В этом случае нет строгой необходимости использовать оптоизолятор 4N25 для повышения уровня логического входа до 10Vpp, необходимого для IRFZ44N, но тогда входная цепь будет подвергаться воздействию любых условий неисправности в цепи MOSFET. Таким образом, дополнительные расходы на использование оптоизолятора по сравнению с поврежденным Arduino оправданы.

Переключение стороны высокого и низкого давления

МОП-транзистор в приведенном выше примере размещается между нагрузкой и землей, поэтому этот метод работы называется переключением нижней стороны и является простым и широко используемым методом использования МОП-транзисторов. Однако есть некоторые приложения, где это может быть неприемлемо, например, когда нагрузка требует заземления вместе с другими нагрузочными устройствами. Также, когда МОП-транзистор «выключен» и ток через нагрузку прекращается, напряжение в точке X на рис.4.6.11а будет находиться под напряжением питания. Хотя это может не быть проблемой при низком напряжении, полевые МОП-транзисторы можно использовать для переключения высоковольтных цепей, где наличие высокого напряжения в кажущейся неактивной цепи может быть проблемой безопасности, создавая опасность поражения электрическим током. Чтобы устранить любую из этих проблем, можно использовать переключение на стороне высокого напряжения, как показано на рис. 4.6.11b. где, когда МОП-транзистор выключается, напряжение на нагрузке (и в точке X) будет равно нулю (при условии, что МОП-транзистор не вызывает короткого замыкания).

Рис. 4.6.11 Переключение со стороны низкого и высокого давления

Переключение нижнего плеча легко реализовать с помощью N-канальных мощных полевых МОП-транзисторов, но переключение верхнего плеча вызывает некоторые трудности. Основная проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что напряжение затвора (V GS ) N-канального MOSFET должно быть больше положительного, чем напряжение истока, чтобы включить MOSFET. Пока МОП-транзистор выключен в цепи высокого напряжения, напряжение истока будет практически нулевым, поэтому затвор может включить МОП-транзистор, но когда он включен, напряжение истока будет почти таким же, как напряжение стока из-за очень низкого напряжения. сопротивление проводящего МОП-транзистора.Поскольку напряжение питания (а теперь также и напряжение источника), вероятно, будет самым высоким напряжением в цепи, напряжение затвора не может быть сделано выше, чем напряжение источника, и управление будет потеряно.

Рис. 4.6.12 Канал N & P


Дополнительные полевые МОП-транзисторы

Переключатель MOSFET верхнего плеча

Чтобы сделать возможным переключение на стороне высокого напряжения, можно использовать несколько методов. Самым простым из них является замена N-канального МОП-транзистора на P-канальный тип. Обозначения цепей для каждого из них показаны на рис.4.6.12. Единственная разница в этих символах — это направление стрелки, указывающей канал; в P-канальном MOSFET стрелка теперь указывает в сторону от канала P-типа.

Однако подключение МОП-транзистора канала P по сравнению с каналом N является обратным. Источник канала P подключен к положительному источнику питания, и теперь затвор должен быть подключен к более низкому напряжению, чем источник, чтобы МОП-транзистор включился. Сток теперь подключен к более положительной стороне нагрузки, а отрицательная клемма нагрузки подключена к земле.

Рис. 4.6.13 Переключатель высокого напряжения P-канала

Схема типичного переключателя верхнего плеча, использующего полевой МОП-транзистор с каналом P, показана на рис. 4.6.13. Обратите внимание на сходства и различия между рис. 4.6.13 и 4.6.5. Во-первых, на рис.4.6.13 резистор R4, предназначенный для разрядки любого оставшегося потенциала на затворе при выключении, теперь подключен к положительной шине питания, а не к земле. Это указывает на то, что потенциал затвора при включении будет более отрицательным, чем питание, обеспечивающее отрицательное значение V GS .

На рис. 4.6.13 также используется другой оптоизолятор PC817 вместо 4N25 на рис. 4.6.5. Это не важное отличие, так как можно использовать ряд аналогичных изоляторов, просто необходимо иметь приемлемую форму выходного сигнала 12Vpp для переключения затвора MOSFET. МОП-транзистор, используемый в этом переключателе верхнего плеча, представляет собой логический уровень 4P03L04 от Infineon, и, поскольку ему нужно, чтобы его затвор был всего на 4,5 В ниже, чем напряжение питания 12 В, форма волны 12 В пик-пик, подаваемая на его затвор, легко включает или выключает МОП-транзистор.

P-канальный переключатель верхнего плеча, таким образом, решает проблему использования N-канального МОП-транзистора для переключения верхнего плеча; однако это «лечение» также может иметь некоторые побочные эффекты. Полевые МОП-транзисторы с каналом P обычно имеют более высокое значение R DS на по сравнению с полевыми МОП-транзисторами N-типа, имеющими аналогичный внутренний размер кристалла. Это означает, что в то время, когда MOSFET включен, MOSFET P-типа будет выделять больше тепла, чем аналогичное устройство N-типа. Это особенно актуально в сильноточных цепях. Однако, поскольку этот модуль ограничивается цепями относительно малой мощности, разница в значениях R DS и не вызывает беспокойства.Например, канал P 4P03L04 имеет значение R DS на , равное 4,4 мОм, тогда как канал N IRFZ44N имеет значение R DS на , равное 17,5 ммОм. Несмотря на это, в следующем разделе описывается метод использования N-канального полевого МОП-транзистора в схеме переключателя на стороне высокого напряжения.

Переключатель верхней стороны канала N

Основная проблема при использовании N-канального МОП-транзистора в переключателе высокого уровня заключается в том, что для включения МОП-транзистора после его выключения необходимо, чтобы напряжение на клемме затвора МОП-транзистора было выше, чем на истоке. напряжение, которое, поскольку МОП-транзистор «выключен», будет равно напряжению питания Vcc.Для этого напряжение на затворе должно быть каким-то образом «сдвинуто по уровню». Эта техника обычно носит название «самозагрузка» (т. е. мифическая способность поднять себя, просто потянув вверх лямки ботинка) — кроме невозможности этой задачи, самозагрузка — не самое полезное название, так как существует несколько методы, используемые в других несвязанных схемах, которые используют то же имя, что обычно означает повышение некоторого значения до более высокого, чем обычно, уровня.

Рис.4.6.14 Переключатель высокой стороны канала N

В этом случае напряжение «выключено» (самое низкое напряжение формы сигнала) на затворе MOSFET необходимо поднять как минимум до уровня напряжения питания. Например, если используется полевой МОП-транзистор логического уровня, минимальное напряжение затвора будет равно напряжению питания (5 В), а пиковое напряжение затвора должно быть на 5 В выше, чем напряжение питания Vcc.

Для полевых МОП-транзисторов с нелогическим уровнем минимальное напряжение затвора должно быть примерно равно напряжению питания (т.g.12V), а пиковое напряжение примерно вдвое превышает напряжение Vcc. Цель бутстрэппинга состоит в том, чтобы добиться этого увеличения без внешнего источника.

Для этого требуется всего несколько дополнительных компонентов, но система работает только для схем MOSFET, которые постоянно включаются и выключаются (например, схемы ШИМ). Цепи, которые включаются в течение длительного времени, требуют различных методов.

Как работает схема начальной загрузки

Когда выходной транзистор оптопары включен, напряжение на его коллекторе и затворе MOSFET снижается до 0 В; МОП-транзистор выключен, и при напряжении на стоке Vcc (12 В) конденсатор C1 заряжается через диод D1 почти до Vcc (12 В).Когда выходной транзистор оптоизолятора снова отключается, напряжение на его коллекторе и на затворе полевого МОП-транзистора возрастает до Vcc (12 В), и МОП-транзистор включается. Однако это также приводит к повышению напряжения источника до 12 В (что без начальной загрузки мгновенно снова отключило бы полевой МОП-транзистор, поскольку напряжение источника и затвора было бы одинаковым). Однако, поскольку C1 теперь заряжен до 12 В, его отрицательная клемма будет на 12 В, а ее положительная клемма теперь будет на 12 В + 12 В = 24 В (подтягивая напряжение затвора за счет его бутстрапа!) и также смещая диод D1 в обратном направлении.Таким образом, когда на клемме затвора MOSFET сейчас 24 В, MOSFET остается включенным. В конце концов, конечно, конденсатор разрядится, а напряжение на затворе уменьшится до уровня, при котором MOSFET снова выключится, за исключением того факта, что входной сигнал постоянно включается и выключается. Таким образом, при условии, что время «выключения» достаточно велико для перезарядки конденсатора во время каждого цикла, а время «включения» недостаточно для разряда C1 (что было бы сравнительно очень большим временем из-за очень высокого уровня затвора MOSFET). сопротивление) МОП-транзистор продолжает работать.

МОП-транзисторы с последовательным соединением увеличивают напряжение и мощность

Эта проектная идея представляет собой простой, проверенный, надежный и надежный метод зарядки больших батарей конденсаторов с использованием последовательного соединения мощных полевых МОП-транзисторов для повышения напряжения пробоя по сравнению с напряжением пробоя отдельного полевого МОП-транзистора.

Когда источник питания питает большую емкостную нагрузку, пусковой ток, если его не ограничивать, может достигать десятков или сотен ампер для источника питания высокого напряжения.В общем, максимальные номинальные параметры источника питания могут кратковременно превышаться во много раз, но это обычно допустимо, когда переходный процесс длится несколько периодов сети переменного тока. Это характерно для емкостей нагрузки до пары сотен микрофарад, но для емкостей нагрузки в тысячи микрофарад ограничитель пускового тока обязателен.

Использование полевых МОП-транзисторов в качестве токовых элементов, управляемых напряжением, очень подходит для проектирования схем зарядки конденсаторов. Учтите, однако: если задача предусматривает зарядку батареи конденсаторов током 1 А от выпрямленной сети переменного тока 240 В, конструкция с одним P-MOSFET потребует, чтобы при включении полевой МОП-транзистор проходил 1 А, когда его напряжение сток-исток |V ДС | составляет около 330 В, что превышает безопасную рабочую зону большинства деталей.Например, IXTQ10P50P при максимальной температуре перехода 150°C может работать с током 200 мА, когда |V DS | = 250 В, но более 2 А при |V DS |


Рисунок 1

На рис. 1 показана конструкция с тремя последовательно соединенными P-MOSFET. Если пренебречь падением напряжения на R1, входное напряжение примерно равно потенциалу на истоке Q2. Тогда потенциал затвора Q2 равен входному напряжению минус 6.2 В на стабилитроне D1 и плюс любое падение напряжения на резисторе R3. Резисторы R5, R6 и R7 в качестве делителей напряжения гарантируют, что |V DS | каждого P-MOSFET примерно равны — около 1/3 от разницы напряжений между входом и выходом. Резистор R5 специально выбран так, чтобы он имел немного более высокое сопротивление, чем R6 и R7, поскольку потенциал затвора транзистора Q2 примерно на 5 В меньше входного напряжения. Эта поправка уравнивает |V DS | напряжения даже больше, чем если бы резисторы R5, R6 и R7 были равны.R4 гарантирует, что при включении/выключении питания транзистор Q2 выключается.

При включении D1 обеспечивает 6,2 В между истоком и затвором Q2, |V GS2 |; поэтому Q2 является проводящим. Q3 и Q4 также являются проводящими, так как ток через R5-R7 заряжает их емкости затвор-исток. Ток заряда батареи конденсаторов измеряется резистором R1 и регулируется с помощью отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов R1, Q1, R3 и Q2. Когда напряжение между эмиттером и базой Q1 достигает V BE(on) , то есть когда зарядный ток составляет около 1 А, Q1 начинает проводить.Как |V GS2 | = 6,2 – R3 × I C(Q1) , любое увеличение I C(Q1) уменьшает |V GS2 |. Это уменьшает выходной ток, что, в свою очередь, уменьшает напряжение на R1, замыкая петлю отрицательной обратной связи.


Рисунок 2

На рис. 2 показано напряжение на конденсаторной батарее емкостью 40 000 мкФ в зависимости от времени при зарядке конденсаторной батареи от 0 В до 300 В — для двух разных случаев — с конденсатором C1 и без него.Без C1 батарея конденсаторов заряжается только частично в течение каждого полупериода выпрямления, то есть когда входное напряжение выше, чем выходное напряжение плюс падение напряжения на всех трех МОП-транзисторах примерно на 15 В. Следовательно, наклон кривой непостоянен.

Добавление C1 позволяет цепи зарядки работать с более постоянным входным напряжением.

Расчеты для C1

C1 разряжается со скоростью dV/dt = I/C = 10 В/мс. Это почти на порядок медленнее, чем синусоидальное изменение входного напряжения от 330В до 0В, которое длится 4.17 мс для полупериодов 120 Гц. Следовательно, с момента, когда входное напряжение достигает своего максимума, батарея конденсаторов заряжается только от конденсатора C1 до тех пор, пока входное напряжение не превысит напряжение C1 на следующем нарастающем фронте периода 120 Гц. Поскольку C1 разряжается постоянным током 1 А, интервал времени разряда t d выражается как:

В течение этого интервала времени входное напряжение изменяется от 330 В до 0 В и до В C1 :

Решение этих двух уравнений для V C1 показывает, что C1 разряжается примерно до 265 В.Поскольку падение напряжения на трех полевых МОП-транзисторах составляет около 15 В, отсюда следует, что выше 250 В напряжение на батарее конденсаторов не увеличивается линейно. Это объясняет отклонение от линейной пунктирной линии на рис. 2 .

Эта схема является частью сложного устройства: нашего изготовленного на заказ дефибриллятора для научных исследований [1]. Он доказал свою надежную работу в течение сотен циклов и сотен часов при многочисленных быстрых разрядах батареи конденсаторов за последние два года. Схема протестирована до входного напряжения 280 В RMS и надежно работает при температуре радиатора до 70°C.Эта конструктивная идея не ограничивается входным напряжением и током, указанными здесь. Максимальное входное напряжение и зарядный ток могут быть увеличены путем последовательного добавления P-MOSFET. Недостатком является падение напряжения на каждом P-MOSFET около 5В. Емкость С1 больше 100 мкФ линеаризует кривую заряда при еще более высоких напряжениях, или, конечно, можно использовать вход постоянного тока.

Каталожные номера :

1. Uzelac I, Holcomb M, Reiserer RS, Fenton FH, Wikswo JP, Мощный источник тока с произвольной формой волны в реальном времени для исследований дефибрилляции in vivo и in vitro, Computing in Cardiology, 40:667-670, 2013

Серия

— соединение карбидокремниевых MOSFET-модулей с использованием активных драйверов затворов с управлением dv/dt

Аннотация

В этой работе исследуется возможность масштабирования напряжения нескольких низковольтных модулей SiC MOSFET, работающих как один последовательно соединенный переключатель с использованием активного управления затвором.Как многоуровневые, так и двухуровневые топологии позволяют достичь более высоких блокирующих напряжений в мощных преобразователях. По сравнению с многоуровневыми топологиями двухуровневые коммутационные топологии представляют интерес из-за менее сложной схемы, более высокой плотности и более простых методов управления. В этой работе, чтобы сбалансировать напряжение между последовательно соединенными МОП-транзисторами, скорости выключения устройства динамически контролируются на активных драйверах затворов с использованием активного управления затвором. Реализация метода управления активными воротами (в частности, управление dv/dt при выключении) описывается в данной диссертации.Демонстрируются экспериментальные результаты балансировки напряжения на восьми SiC MOSFET с номинальным напряжением 1,7 кВ, включенных последовательно (6 кВ, общее напряжение на шине постоянного тока) с выбранной активной схемой управления dv/dt. Наконец, обсуждаются характеристики балансировки напряжения и характеристики переключения последовательно соединенных SiC MOSFET.

Общая аудитория Тезисы

По данным ABB, 40% мирового спроса на электроэнергию обеспечивается за счет электроэнергии. В частности, в 2018 году мировой спрос на электроэнергию вырос на 4% по сравнению с 2010 годом.Растущая потребность в электроэнергии делает ее все более важной для систем, которые могут эффективно и надежно преобразовывать и контролировать уровни энергии для различных конечных приложений, таких как электродвигатели, электромобили, центры обработки данных и системы возобновляемой энергии. Силовая электроника — это системы, в которых электрическая энергия преобразуется в различные уровни мощности (напряжение и ток) в зависимости от конечного применения. Использование систем силовой электроники имеет решающее значение для управления потоком электроэнергии во всех приложениях производства, передачи и распределения электроэнергии.Достижения в технологиях силовой электроники, такие как новые методы управления и технологичность силовых полупроводниковых устройств, позволяют улучшить общую производительность систем преобразования электроэнергии. Силовые полупроводниковые устройства, которые используются в качестве переключателей или выпрямителей в различных силовых электронных преобразователях, являются важнейшим строительным блоком силовых электронных систем. Чтобы обеспечить более высокую выходную мощность для преобразовательных систем, силовые полупроводниковые переключатели должны поддерживать более высокие уровни напряжения и тока.Полупроводниковые устройства с широкой запрещенной зоной — это особая новая категория силовых полупроводников, которые обладают превосходными свойствами материала по сравнению с традиционными устройствами, такими как кремниевые (Si) биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В частности, устройства с широкой запрещенной зоной, такие как полевые транзисторы на основе карбида кремния (SiC) и металл-оксид-полупроводник (MOSFET), обладают большей прочностью и тепловыми характеристиками. Эти свойства позволяют полупроводниковым устройствам с широкой запрещенной зоной работать при более высоких температурах и частотах переключения, что выгодно для максимального увеличения общей эффективности и объема преобразователей силовой электроники.В этой работе исследуется метод увеличения напряжения, в частности, для преобразования энергии среднего напряжения, который может применяться в различных областях применения. Устройства SiC MOSFET становятся все более привлекательными для использования в системах преобразователей среднего напряжения высокой мощности из-за необходимости дальнейшего повышения эффективности и плотности этих систем. Вместо использования отдельных полупроводниковых устройств с высоким номинальным напряжением в этой диссертации демонстрируется эффективность использования нескольких полупроводниковых устройств с низким номинальным напряжением, соединенных последовательно, чтобы они работали как один переключатель.Использование низковольтных устройств в качестве одного последовательно соединенного переключателя, а не одного высоковольтного переключателя, может привести к снижению общего сопротивления во включенном состоянии, что, как ожидается, максимизирует общую эффективность преобразовательных систем, для которых будут применяться последовательно соединенные полупроводниковые переключатели. . В частности, в данной диссертации основное внимание уделяется реализации более нового подхода к компенсации естественной асимметрии напряжения между последовательно соединенными устройствами. В данной работе для контроля и регулирования скорости переключения нескольких последовательно включенных устройств используется метод активного управления затвором.Целью данной диссертации является исследование возможностей этого метода для достижения общего напряжения на шине постоянного тока до 6 кВ с использованием восьми последовательно соединенных SiC MOSFET.

Как использовать полевой МОП-транзистор в качестве защиты от обратной батареи

MOSFET не может быть популярен в качестве защиты от обратной батареи. Самый распространенный метод – использование диода. Однако падение напряжения на диоде велико, и это создаст проблемы в цепях с низким напряжением. По этой причине многие используют MOSFET в качестве защиты от обратной батареи из-за очень низкого падения напряжения в открытом состоянии.

Зачем нужна защита от обратного аккумулятора? Это связано с тем, что в системах постоянного тока, когда батарея перевернута, цепь, использующая батарею в качестве источника, будет повреждена. Именно поэтому возникает необходимость установки защиты от переполюсовки аккумулятора.

P-канальный МОП-транзистор в качестве защиты от обратной батареи

P-Channel MOSFET Защита от обратной батареи Основное соединение

Существует два варианта расширения типа MOSFET. Это может быть N-канал или P-канал.Оба они хорошо подходят в качестве защиты от обратной батареи. Начнем с P-канала. На приведенном ниже рисунке показано, как использовать P-канальный МОП-транзистор в качестве защиты от переполюсовки батареи. МОП-транзистор должен быть установлен на положительной шине аккумулятора. Сток должен быть подключен к положительной полярности аккумулятора. Источник должен быть подключен к плюсу устройства, на которое подается питание. Затвор должен быть подключен к отрицательной клемме аккумуляторной батареи или к заземлению системы.

Как P-Channel MOSFET работает в качестве защиты от обратной батареи

При наличии напряжения аккумулятора ток будет течь к диоду корпуса.Внутренний диод будет проводить, потому что на сторону анода подается положительное напряжение. Однако напряжение батареи должно быть выше, чем прямое напряжение смещения диода. Когда диод смещен в прямом направлении, уровень напряжения в источнике MOSFET будет равен напряжению батареи минус падение напряжения на диоде корпуса. Одним словом, это положительный уровень. Затвор MOSFET подключен к отрицательной клемме аккумулятора или к земле, это означает, что напряжение, подаваемое на затвор к истоку, равно

.

ВГС = ВГ – ВС

VG = 0V (потому что он привязан к земле)

VS = Vbattery – Vdrop (это положительное значение)

Итак,

VGS = VG – VS = 0V – Положительное напряжение = отрицательное напряжение

P-Channel MOSFET или просто PMOS активируется, когда напряжение, подаваемое на затвор и исток, становится отрицательным.Тем не менее, оно должно удовлетворять требованиям к напряжению затвор-исток в соответствии с техническими данными полевых МОП-транзисторов. Когда MOSFET активируется, канал закроется, и ток будет течь к нему, а не к диоду корпуса.

P-Channel MOSFET в качестве защиты от обратной батареи Основные требования
1. Соединение основной цепи

Следуйте предложенному выше подключению.

2. Пороговое напряжение затвор-исток

Недостаточно отрицательного напряжения, приложенного к затвору и истоку, как описано выше, требование уровня должно соответствовать.Ниже приведен пример порогового напряжения затвор-исток из таблицы данных MOSFET. Чтобы включить МОП-транзистор, разница между напряжением батареи и диодом корпуса должна быть выше -1 В.

Для низковольтной системы лучше выбрать полевой МОП-транзистор с очень низким пороговым напряжением затвор-исток, как показано в приведенной выше таблице.

3. Максимальное напряжение затвор-исток

Максимальное напряжение затвор-исток полевого МОП-транзистора не должно достигать указанного в спецификации.В противном случае он получит повреждения. Ниже приведен пример максимального номинального напряжения затвор-исток полевого МОП-транзистора.

4. Текущий рейтинг

Номинальный ток стока PMOS должен быть выше фактического тока, который будет протекать через него. В противном случае он будет приготовлен. Ниже приведен пример номинального тока, указанного в техническом описании.

5. Номинальная мощность

Номинальная мощность важна, так как это способность MOSFET выдерживать тепло.Рассчитанная рассеиваемая мощность должна быть ниже номинальной мощности устройства. В таблице ниже указана рассеиваемая мощность 8,3 Вт при 25°C. Следовательно, фактическая расчетная рассеиваемая мощность должна быть ниже с достаточным запасом.

6. Диапазон рабочих температур

Также необходимо учитывать температуру окружающей среды, в которой будет установлен полевой МОП-транзистор, чтобы избежать поломки.

N-канальный МОП-транзистор в качестве защиты от обратной батареи

Ниже показан N-канальный полевой МОП-транзистор, установленный в цепи для защиты батареи от переполюсовки.NMOS устанавливается на отрицательной клемме аккумулятора. Слив должен подключаться к отрицательной клемме аккумулятора. Источник должен быть подключен к отрицательной шине или земле устройства. Ворота должны быть подключены к положительной клемме аккумулятора.

Как N-канальный МОП-транзистор работает в качестве защиты от обратной батареи

Во время запуска цепи ток начнет протекать от положительной клеммы батареи к устройству, к диоду корпуса и, наконец, к отрицательной клемме батареи.В это время именно диод тела проводит ток, так как он смещен в прямом направлении.

Когда внутренний диод включается, теперь по цепи будет циркулировать ток. Тогда напряжение от затвора к источнику будет:


ВГС = ВГ – ВС

ВГ = Ваккумулятор

VS = падение напряжения на диоде

Итак,

VGS = VG – VS = Vbattery – падение диода

Это приведет к подаче положительного уровня на затвор и исток MOSFET.Таким образом, NMOS начнет проводить, и ток будет течь в канал, а не в корпусной диод.

N-канальный МОП-транзистор в качестве защиты от обратной батареи. Основные требования

1. Соединение основной цепи

Следуйте предложенному выше подключению.

2. Пороговое напряжение затвор-исток

Чтобы установить полевой МОП-транзистор в качестве защиты от переполюсовки батареи, недостаточно сместить затвор на исток с положительным напряжением.Но требуемый уровень также должен быть удовлетворен.

Для низковольтной системы лучше выбрать полевой МОП-транзистор с очень низким пороговым напряжением затвор-исток, как показано в приведенной выше таблице.

3. Максимальное напряжение затвор-исток

Пример таблицы данных NMOS с указанием максимального номинального напряжения затвор-исток.

4. Текущий рейтинг

Ниже приведен пример номинального тока, указанного в техническом описании NMOS.

5. Номинальная мощность

В таблице ниже указана рассеиваемая мощность 8,3 Вт при 25°C. Следовательно, фактическая расчетная рассеиваемая мощность должна быть ниже с достаточным запасом. В противном случае устройство сгорит.

6. Диапазон рабочих температур

Пример номинальной рабочей температуры.

Моделирование схемы работы полевого МОП-транзистора в качестве обратной защиты батареи

При нормальном напряжении

Ниже приведены простые модели для PMOS и NMOS MOSFET в качестве защиты от переполюсовки батареи.

Когда цепь только запустилась, очевидно, что диод в корпусе проводит ток раньше, чем канал.

Во время подачи обратного напряжения

В обеих цепях при реверсе батареи ток цепи равен нулю. Это означает, что NMOS и PMOS не пропускают ток, тем самым защищая цепь или устройство, которое подключается к батарее.

МОП-транзистор в качестве обратной защиты батареи по сравнению с диодом

1.Соединение

MOSFET – битовый комплекс

Диод – легкий

2. Номинальное напряжение

MOSFET – напряжение затвор-исток в основном ограничено +/-20 В

Диод – высоковольтный

3. Падение напряжения

MOSFET – очень низкое, подходит для приложений с очень низким напряжением

Диод – высокий, может не подходить для систем с очень низким напряжением

4. Падение напряжения при запуске

MOSFET – диодная капля

Диод – такое же падение напряжения во время работы в идеале

5.Цена

Оба сравнимы

6. Текущий рейтинг

Оба сравнимы

7. Рассеиваемая мощность

MOSFET – более высокая производительность благодаря очень малому падению напряжения

Диод – поврежден из-за более высокого падения напряжения

8. Космос

MOSFET — небольшой корпус может выдерживать большее рассеивание мощности благодаря меньшему падению напряжения

Диод — может быть громоздким, если необходимо справиться с большим рассеиванием мощности, так как падение напряжения выше

Другие статьи о MOSFET


Сравнение MOSFET и BJT

Уравнения проектирования мощного полевого МОП-транзистора

Как узнать, неисправен ли МОП-транзистор

Преимущества MOSFET

перед BJT в импульсных преобразователях

Подписывайтесь на ElectronicsBeliever.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.