Como determinar a frequência PWM máxima para o transistor (2SK2554)

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Como posso determinar (estimar) a frequência PWM máxima razoável razoável para o transistor 2SK2554?

Encontrei horários na folha de dados :

insira a descrição da imagem aqui

Eu poderia estimar a frequência a partir disso (e garantir que todos esses tempos sejam 20-50x mais curtos que o comprimento do meu ciclo PWM ou algo assim. Mas eu tenho Vgs entre 4-5V, minha corrente máxima é 10A.

Estou perguntando porque agora tenho PWM lento (~ 1kHz), mas quero saber com que rapidez meu PWM pode ser sem perder muita energia ao alternar.

Minha carga é grande bateria de chumbo-ácido (carregando) ou resistiva (descarregando).


Até agora - fiz simulação com transistor semelhante, um pouco menor (2SK2553) porque não havia 2SK2554 no meu Multisim.

Este é um gráfico para Vgs = 4V.

insira a descrição da imagem aqui

Quanto tempo (em porcentagem, por exemplo) meu tempo de comutação pode demorar no tempo de ciclo do PWM?

Kamil
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Bem, como você tem menos corrente no seu dreno, é provável que esses valores sejam limites superiores , um bom começo étd(off)+tf<TsWEutchEung100. Se você pode medir a onda quadrada e não precisa produzir isso, sua melhor opção provavelmente é medi-la ou simular, os fabricantes geralmente oferecem alguns modelos de dispositivos bastante complicados.
precisa
Espere que seja um mosfet, você pode ignorar a parte dos "limites superiores", desculpe por isso.
precisa
É 2SK2554, não existe essa parte no meu Multisim. Simulei o transistor 2SK2553 (semelhante, um pouco menor). Vou adicionar screenshots na minha pergunta.
21414 Kamil
Talvez você possa encontrar algo no site do fabricante, eu já vi muitos modelos de especiarias em ti, anúncio, máxima e assim por diante ... No Multisim de qualquer maneira.
Vladimir Cravero 15/06
@ VladimirCravero Bem, estou bastante satisfeito com a fórmula que você escreveu, você pode adicioná-la como resposta, basta adicionar a legenda que é td e tf.
21914 Kamil

Respostas:

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O principal fator que determina a velocidade de comutação não é apenas o MOSFET, mas o circuito no qual você o possui.

Do ponto de vista do portão (ou seja, o PoV do seu sinal PWM), o MOSFET pode ser visto como um capacitor simples. O MOSFET é considerado ON quando a tensão nesse capacitor estiver acima da tensão limiteVth e desligado quando abaixo (é mais complexo que isso, mas esse é um modelo simplificado por enquanto).

Então, basicamente, tudo se resume à rapidez com que você pode carregar e descarregar esse capacitor .

Quanto mais tempo o capacitor demorar para carregar ou descarregar, mais tempo o dispositivo levará para alternar e mais energia será dissipada durante esse período de comutação.

Existe um documento PDF muito bom da International Rectifier, que apresenta os conceitos básicos dos MOSFETs . A seção "Gate Charge" é uma boa leitura para este problema.

Pode ser simplificado até as fórmulas RC padrão para calcular o tempo de carga de um capacitor τ=R×C- a capacitância do portão, multiplicada pela resistência da parte do circuito de carregar ou descarregar o portão. Por exemplo, se você estiver trocando a porta através de 100Ω e a porta tiver uma capacitância de 7700pF, o tempo de subida será100×7.7e9=770nspor 63,2% de cobrança. Ajuste esse tempo para se adequar à tensão limite exata e à tensão de sua unidade, é claro.

Digamos que você tenha um PWM de 8 bits, são 256 valores possíveis, portanto, você precisa de um mínimo absoluto de 770ns * 256 intervalos de tempo para alternar, que é de 197.120µs ou uma frequência máxima absoluta de 5073Hz. Eu limitaria a metade disso para garantir um intervalo mínimo de uma unidade de nível entre ligar e desligar.

Claro, isso é apenas um valor aproximado. Se você ler esse PDF e compará-lo com os valores da folha de dados, poderá obter valores mais precisos.

Majenko
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É um documento PDF muito bom mesmo.
21914 Kamil
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Quando um passo atinge um portão mosfet, existe algum atraso antes que o mos esteja totalmente ligado. Isso deve ser levado em consideração se você não quiser terminar com um MOS que passa a maior parte do tempo ligando (desligado) em vez de (não) conduzindo em seus estados ideais, ou seja, "totalmente ligado" e "totalmente desligado" .

Quando as etapas chegam, duas coisas acontecem: a capacidade da fonte do portão deve carregar e a região de inversão deve se formar abaixo do portão. Há uma espécie de atraso "morto", ou seja, nada acontece, ao ligar e desligar, pois quando a carga no portão está abaixo ou acima de um certo limite, nenhuma corrente (ou toda a corrente possível) pode fluir: esse atraso é o tempo de atraso.

Os tempos de subida e descida levam em consideração o tempo que a corrente precisa atingir seu valor máximo, ou zero, é como se você estivesse andando pelas características do mos na região linear (triodo).

Embora os tempos de atraso sejam provavelmente constantes, os tempos de subida e descida dependem muito da tensão do portão:

  • ao ligar, quanto maior a tensão do portão de destino , menor o tempo de subida
  • ao desligar, quanto menor a tensão da porta de partida , menor o tempo de queda

Às vezes, você dirige o portão com alta tensão para ligá-lo rapidamente e depois volta ao mínimo VGS isso garante a saturação para que o desligamento seja mais rápido também.

Sobre seus horários, eu começaria a resumir o tempo de atraso e aumento (queda) de cada transição:

tON=td(on)+tr=480nstOFF=td(off)+tf=2100ns

Vamos supor que você queira gastar no máximo 1% do seu tempo ligando ou desligando o seu mos: você toma tON+tOFF=2580ns, multiplique por 100 e você terá seu período: 258000ns ou 258us, ou seja, cerca de 4kHz. Nos comentários, eu estava simplesmente negligenciando a mudança de horário.

De qualquer forma, 1% é um limite bastante conservador, significa que a onda realmente parece uma onda quadrada se você a ver através de um osciloscópio. Você provavelmente pode subir ainda mais e estar seguro, ou seja, não está se dissipando muito.

Vladimir Cravero
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