BJT двухтактный для MOSFET

Я ищу способ управлять MOSFET с дискретными компонентами. На самом деле мне нужно управлять кучей МОП-транзисторов с токами 100-150А. И мне интересно, что можно было бы не использовать управляющие микросхемы, иметь больший контроль над функциональностью, меньшую сложность, меньшие затраты.

Я экспериментировал с различными устройствами, с резисторами и конденсаторами. Я использую осциллограф для контроля времени звонка, времени подъема / падения и т. Д.

Проблема в том, что как только я представлю резисторы, время нарастания / спада становится очень большим.

Входной сигнал имеет время нарастания / спада всего около ~ 8-10 нс. Используя только BJT, сигнал легко дублируется при одинаковом времени нарастания / спада. Но как только емкость затвора введена, время нарастания / спада становится значительно выше, например, 300-2000 нс.

Таким образом, я экспериментировал с различными методами, чтобы уменьшить время нарастания / спада:

Метод A: NPN + PNP (источник напряжения? Источник тока из Vcc?)

Я сделал следующую схему, не понимая, что напряжение затвора никогда не будет больше, чем напряжение входного сигнала.

Мне нужно, чтобы напряжение на затворе было больше 10 В, чтобы минимизировать Rdson.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Метод Б: PNP + NPN

Я экспериментировал с различными резисторами и конденсаторами:

^{смоделировать эту схему}

Но я обнаружил, что:

• Конденсатор уменьшает нарастание звона, но увеличивает нарастание звона и время => снято
• Все резисторы, кроме R2 и R3, оказали вредное влияние на характеристики подъема / падения => удалены
• Используя потенциометры для R2 и R3, я обнаружил, что лучшее сопротивление было R3 = 4 кОм и R2 = 1,5 кОм.
• Время подъема 490 нс, время падения 255 нс.

Я немного обеспокоен тем, что напряжение на затворе не падает достаточно низко, например, кажется, оно остается на отметке 400 мВ. Хотя земля, кажется, читается при 250 мВ, так что, возможно, макет просто дерьмовый. Насколько низким должно быть напряжение на затворе, чтобы предотвратить накопление тепла, когда сигнал постоянно низкий (выключен)?

Мне интересно, есть ли что-нибудь еще, что я могу сделать, чтобы улучшить производительность?

Улучшенная схема:

^{смоделировать эту схему}

Осциллограф:

Примечание: по-видимому, входной сигнал был инвертирован на осциллографе путем настройки. Я обновлю скриншоты позже ...

Также я включил базу PNP в следующие скриншоты. Это должно выглядеть так? Это выглядит немного в стиле фанк.

Кажется, проблема в том, что NPN остается включенным, что препятствует зарядке ворот.

Ваши BJT находятся в конфигурации подписчика. Это означает, что они могут обеспечить усиление по току, но не усиление по напряжению. На самом деле излучатели будут диодным падением НИЖЕ базы для положительных сигналов. Если вы получили напряжение 6 В на затворе, у вас должно быть около 6,7 В от генератора сигналов.

На странице BJT Wiki есть ссылки на 3 распространенных вида усилителей, которые объясняют больше о характеристиках усилителей BJT.

BJT Wiki

Усиление по току - это хорошо, потому что для зарядки емкости затвора полевого транзистора в течение короткого периода времени необходимы высокие пиковые токи: I = C * dv / dt.

Один из способов получить более высокое колебание напряжения - добавить переключатель уровня BJT перед каскадом возбуждения затвора, чтобы он переводил с 5В на 12В. Конечно, одноступенчатый регулятор уровня BJT будет инвертировать сигнал, но часто вы можете справиться с этим на источнике сигнала.

Подтягивающий резистор должен быть достаточно небольшим по величине, чтобы вы могли получить приемлемое время нарастания для своего применения. VCC будет вашим источником питания 12 В, а базовый резистор должен быть рассчитан таким образом, чтобы гарантировать насыщение с приводом 5 В, учитывая бета-версию транзистора. ! Y должен подключаться к основаниям вашего драйвера BJT.

Однако, если ваша цель - быстрые подъемы и спады с FET, а не изучение BJT, вам, вероятно, следует использовать коммерческую ИС драйвера шлюза. Ищите варианты от IR / Infineon, Texas Instruments, Intersil или Maxim.

Вот недорогой вариант от TI:

UCC27517

Первый вариант - толкатель толкающего излучателя должен быть в порядке, если достаточно только максимально доступного Mosfet VGS = +4,3 В. Для обеспечения выключенного состояния Mosfet от эмиттеров BJT к GND необходимо вставить резистор понижения напряжения около 100 Ом, поскольку PNP не сработает эффективно при напряжении ниже +0,7 В. Кроме того, демпфирующий резистор в несколько Ом, вставленный непосредственно в клемму затвора Mosfet, должен предотвратить некоторые звуки вызваны емкостью и индуктивностью провода.

Ваша вторая версия имеет ярлык. Подумайте о текущем маршруте Q2 базы-> R3-> R2-> базы Q1.

Эмиттер-повторитель не имеет насыщения и, следовательно, не имеет задержки выключения из-за диффузионной емкости.

Как предлагают другие ответы, используйте драйвер драйвера IC. Это делает работу с нулевой настройкой и низкой вероятностью вести себя немыслимо во время переходов рабочего напряжения.

Дополнение из-за комментария спрашивающего, в котором говорится, что ток равен 100 А.

100-амперный идентификатор во включенном состоянии требует серьезного внимания и даже больше, если скорость переключения высока. Проведите пробный запуск, запустив затвор от обычного генератора прямоугольных сигналов Zout 50 Ом. Для обеспечения безопасности используйте низкую частоту переключения и начинайте с однополярного сигнала более + 6 В. Осциллограф в Vgs дает представление о том, какой большой заряд необходим для введения и удаления при переходах состояний в требуемое время перехода. Это определяет желаемый ток привода. Осциллограф в Vds показывает необходимые Vgs.

Описанные измерения являются основой для проектирования достаточно способного водителя.

Другие люди уже предложили драйверы IC MOSFET. Похоже, вы действительно хотите сделать дискретный драйвер.

Вот схема, и это в основном то, что будет внутри ИС драйвера. Это приводит к переключению на 100 А при времени перехода около 100 нс, что позволяет минимизировать рассеиваемую мощность MOSFET.

Q1 - это простой преобразователь уровня инвертирования, который обеспечивает размах сигнала до 12 Вольт. M2 и M3 образуют двухтактный драйвер MOSFET. R4 и R5 предназначены для ограничения сквозного тока, чтобы предотвратить повреждение M2 и M3, потому что, когда их затворы переходят между 0 и 12 В, они будут включены в течение небольшой доли времени.

Без R4 и R5 ток пробоя превысил бы их максимальные значения тока утечки. В реальной микросхеме M2 и M3 были бы достаточно маленькими по размеру, чтобы иметь достаточно высокое Rds, вместо того, чтобы устанавливать фактические резисторы.

Кроме того, M2 / M3 делает инверсию, чтобы вернуться к нормальной логике. Наконец, M3 служит драйвером сильного тока для управления током 100 Ампер.

Обратите внимание, что при отключении M1 задержка составляет около 2 мкс. Если вы не переключаете свою нагрузку на высокой частоте, то это 2us не будет беспокоить.

Я определенно не рекомендовал бы использовать эти части; Я просто выбрал их из того, что было у LTspice. Например, M1 ограничен непрерывной 35А, поэтому замените эти детали на что-то подходящее для вашего дизайна и повторите симуляцию. Затем протестируйте ваш прототип, чтобы подтвердить производительность. В любом случае, эта схема может быть хорошей отправной точкой для вас.

Быстрое переключение 100 ампер опасно, если не для вас, то для срока службы цепи.

Предположим, что где-то 4 дюйма провода. Это примерно 0,1 мкГн. Приблизительно. Я очень рад, если предположить, что 1 метр провода - это индуктивность 1 мкГенри, потому что я могу выполнить некоторые предостерегающие вычисления с обратной оболочкой и избежать значительных повреждений.

Позволяет отключить эти 100 ампер за 10 нсекунд. С индуктивностью 0,1 мкГн в источнике или в стоке. Что просходит?

Если в стоке, вы просто стерли Power MOSFET.

Если в источнике, вы, вероятно, получите поведение с отрицательной обратной связью, которое предотвращает выключение на многие многие наносекунды. Я лично видел, как это произошло, с длинными тестовыми проводами в 9amp водителей.

Для этой цели существуют интегральные схемы драйвера преобразования уровня, например, DS0026 или MC34151 .

Они имеют TTL / CMOS-совместимые входы и имеют быстрое время нарастания и спада и способны возбуждать довольно высокие токи; все функции, необходимые для быстрого включения и выключения MOSFET.

<почему 0-6v?

Излучатель Q2 на 0,7 В выше основания Q2, что составляет 0-5 В. Это твой ответ.

Я немного обеспокоен тем, что напряжение на затворе не падает достаточно низко, например, кажется, оно остается на отметке 400 мВ. Хотя земля, кажется, читается при 250 мВ, так что, возможно, макет просто дерьмовый. Насколько низким должно быть напряжение на затворе, чтобы предотвратить накопление тепла, когда сигнал постоянно низкий (выключен)?

Кажется, что MOSFET M1 не получает путь низкого сопротивления для правильного выключения. Это может быть предоставлено через транзистор к GND. Таким образом, ворота М1 будут быстро разряжаться.