elchupanibrei (elchupanibrei) wrote,
elchupanibrei
elchupanibrei

Category:

Расчет ограничительного резистора на затворе MOSFET

UDP: Тема оказалась слишком тяжела для мозга. В статье присутствуют 100500 ошибок. Более менее приличное объяснение дал в комментариях Валилий. Заметку удалять не буду, пусть будет как пример мой глупости.

Недавно в сообществе "Рожденный с паяльником" проскальзывала тема про управление полевиком с помощью ШИМ-а. Автору дали много практических советов и ноль теории. Так совпало я недавно интересовался этим вопрос и кое-что нарыл.


Правильное управления любым полевиком - это переключение из полность закрытого в полностью открытое состояние за самое короткое время. Обычный MOSFET нельзя нормально управлять с помощью 3в/5в логики. Он просто до конца не откроется и будет сильно греться. Для решения этой проблемы применяют драйвер. Например IR2117. На eBay просят от $0.99 за две штуки. Второй способ использовать Logic-Level Gate Drive MOSFET. Такие полевики полностью открываются от 3в/5в. Недостаток - высокая емкость затвора. Типичный представитель IRLZ44N. Два раза заказывал на eBay и кажды раз получал подделку. Теперь немного скучной теории.



упрощенная схема включения MOSFET


Скоростные характеристики полевого транзистора определяются тем, насколько быстро меняются напряжения на 3-х конденсаторах у модели. Емкости между затвор-исток Cgs и затвор-сток Cgd зависят от физических размеров кристала. Емкость между сток-исток Cds зависит от паразитной емкости диода. Cgs стабильна в большом диапазоне токов и напряжений. Cgd не линейна и зависит от напряжения между питанием и стоком. Cds тоже не линейна и зависит от напряжения между питанием и затвором.



модель полевого транзистора


Открываем IRLZ44N datasheet на странице 4, график 5 - зависимость напряжения затвора и емкости затвора. Самый интересный параметр - суммарная емкость затвора Ciss = Cgs + Cgd.


зависимость напряжения через затвор от емкости затвора


У ESP8266 цифровые порты выдают 3.3в. При напряжении на затворе (Vgs) 3.2в, его емкость Ciss = 2100pF. Вот так процесс заряда Ciss выглядит на графике:

процесс заряда затвора сферического MOSFET в вакууме



процесс заряда затвора IRLZ44N

Время от нуля до t1 называется turn-on delay, потому что транзистор все еще закрыт. Напряжения Vth называется Gate Threshold Voltage и обязательно указывается в datasheet, смотрите таблицу Electrical Characteristics. Ток через сток (D) начинает линейно увеличиваться до максимума с t1 до t2. За этот время транзистор успевает полностью открыться, напряжение на стоке (D) больше не растет. Но есть нюанс. Дальнейшее увеличение заряда на затворе Qgd, в промежуток времени t2 - t3, уменьшает внутренне сопротивление перехода сток-исток до паспортного значения Rds(on). Это феномен называют эффектом Миллера.

Ну а теперь как я рассчитываю Rgate. В большинстве случаев при расчете Rgate напряжение на затворе (G) не является главным. Самый важный параметр - это время за которое напряжение на затворе полностью откроет/закроет транзистор. Пусть наш Rgate = 300Ohm и на нем будет падать 0.1в, тогда напряжении на затворе Vgs = 3.2в.

Заряд затвора:
Qiss = Ciss * Vgs = 2100pF * 3.2v = 6.73nC

Скрость нарастания:
S = Rgate * Qiss = 300Ohm * 6.73nC = 0.002mV*sec

Время на открытие или закрытие транзистора:
t=S / Vgs = 0.002mV*sec * 3.2v = 0.63uSec

Период  - это открытие + закрытие:
T = t + t = ;0.63uSec + 0.63uSec = 1.26uSec

Максимальная частота переключения:
F < 1 / T = 1 / 1.26uSec = 793.7KHz

Ток через затвор (G) и цифровой выход ESP8266:
I = Qiss / t = 10.67mA

Максимальный выходной ток GPIO у ESP8266 12.0mA
10.67mA < 12.0mA

Не пыхнет.

UDP1: Выбор Vgs = 3.2в для IRLZ44N не есть хорошо, см. график "процесс заряда затвора IRLZ44N". Напряжение на грани открытия-закрытия. Обычно Vgs для IRLZ44N выбирают минимум 5в или выше помехи. Для 3в/5в логики хорошо подходит IRL3705N. У него полное открытие - это прямая в районе 3.3в.

UDP2: Чтоб транзистор случайно не открылся от помехи пока GPIO закрыт, затвор - исток (G) (S) шунтируют резистором R2

Tags: #arduino, arduino, diy
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 9 comments