Como projetar o valor do resistor de porta?

Esta é a folha de dados do driver IC em que estou trabalhando (LM5112).

A seguir, é apresentado o diagrama de aplicação do módulo.

Basicamente, este é o circuito do driver GATE para o MOSFET com sinal PDM como entrada. Eu estou procurando como calcular o valor do resistor de entrada MOSFET (R3)?

Tensão de entrada MOSFET (VDS) = 10V A potência de saída necessária é de 200W.

Questões:

1) Como calcular o resistor de entrada MOSFET?

2) Quais são os fatores que afetam o cálculo do resistor de entrada MOSFET?

3) Qual será o valor máximo e mínimo possível do resistor e o efeito no circuito se o valor do resistor for alterado (aumentado ou diminuído)?

Entre em contato se precisar de mais informações.

Se você selecionou este driver, que possui uma enorme corrente de saída (7A), presumo que você precise dessa corrente de acionamento de porta para alternar rapidamente um FET muito grande.

O resistor do gate reduz a velocidade das coisas reduzindo a corrente do inversor, então seu valor ideal é zero ohms. Seu valor máximo depende de perdas de comutação aceitáveis ​​(a comutação mais lenta causa mais perdas de comutação).

O resistor de porta ainda pode ter usos:

• Diminua a velocidade da comutação para reduzir a EMI. Mas, nesse caso, você também pode usar um driver mais fraco (mais barato).
• Reduza o pico atual obtido do suprimento durante a ativação do MOSFET. Se a dissociação local não for boa o suficiente, essa corrente poderá fazer o VCC ceder, acionando o UVLO do chip. Felizmente, a pinagem do chip facilita a obtenção de um desacoplamento de baixa indutância.
• Caso o layout seja abaixo do ideal, com um rastreamento de porta longo. Isso adiciona indutância no portão, o que pode causar a oscilação do MOSFET. Um resistor amortece as oscilações, ao custo de uma comutação mais lenta. É um pouco de band-aid, um layout rígido é preferível.

Eu recomendaria colocar uma pegada de resistor apenas por precaução e começar com um jumper 0R.

Compreendendo o portão de um MOSFET

Os MOSFETs são dispositivos notáveis ​​que oferecem muitos benefícios ao conduzir várias cargas. O fato de serem acionados por tensão e de, quando ativados, terem resistências muito baixas, o tornam o dispositivo preferido para muitas aplicações.

No entanto, como o portão realmente funciona é provavelmente uma das características menos compreendidas para muitos seria projetistas.

Vamos dar uma olhada no seu circuito MOSFET típico.

NOTA: Apenas ilustrarei os dispositivos N-Channel aqui, mas o P-Channel funciona pelos mesmos mecanismos.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{simule este circuito}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

Para complicar ainda mais, essas capacitâncias não são constantes e mudam dependendo das tensões aplicadas. Um exemplo típico é mostrado abaixo.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

NOTA: É possível usar dois resistores de porta, com diodos associados, se os limites da fonte e do coletor forem diferentes no driver ou se for necessário afiar a ativação ou desativação das arestas.

Tempo é tudo

Ok, então agora talvez você possa ver por que o resistor de porta é importante. No entanto, agora você precisa entender as implicações de ter essa resistência de porta e o que acontece se for muito grande.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Vamos analisar esse circuito simples.

Aqui eu escolhi um MOSFET típico que tem cerca de 2,5 ohms de resistência de entrada. Com o dreno em curto até o chão, como mostrado acima, os seguintes traços podem ser plotados na borda ascendente das estacas.

$R_{Gate}$

O limite descendente do pulso é, sem surpresa, semelhante.

Ok, então vamos aplicar uma pequena tensão, 1V, na porta, com um resistor de carga de 1 Ohm.

Há três coisas que você deve observar nos traços acima.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Se você tem um olho de águia, também pode notar uma ligeira deflexão em I (R_GATE) quando o MOSFET é ativado.

Ok, agora deixe-me mostrar uma tensão mais realista com 10V e 10 Ohms na carga.

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

Neste ponto, algo deveria ter se tornado aparente para você. Isso é...

O atraso de ativação está mudando com a tensão de carga!

$C_{GD}$

Permite aumentar o máximo que este dispositivo pode suportar, 300V, ainda com carga de 1A.

Observe que o ponto plano agora é MUITO longo. O dispositivo permanece no modo linear e leva muito mais tempo para ligar totalmente. Na verdade, tive que expandir a base de tempo nesta imagem. A corrente do portão agora é mantida por cerca de 6 uS.

Observando a hora de desligar, é ainda pior neste exemplo.

$C_{GD}$

Isso significa que, se você estiver modulando energia para uma carga, a frequência na qual você pode acioná-la depende muito da tensão que você está alternando.

Que tipo de trabalho funciona a 100Khz a 10V ... com uma corrente média de cerca de 400mA ...

Não tem esperança em 300V.

Nessas frequências, a energia dissipada no MOSFET, no resistor de porta e no driver provavelmente será suficiente para destruí-los.

Conclusão

Além dos usos simples de baixa frequência, o ajuste fino dos MOSFETS para trabalhar em tensões e frequências mais altas exige uma quantidade considerável de desenvolvimento cuidadoso para extrair as características que você pode precisar. Quanto mais alto você for, mais poderoso será o driver MOSFET, para que você possa usar o mínimo possível de resistência ao portão.