Как уменьшить задержку выключения MOSFET

Название говорит само за себя в приложениях с коммутацией сигналов - кроме выбора другого устройства, как я могу уменьшить задержку выключения (N-канальных) MOSFET? Есть ли что-то похожее на зажим Бейкер, используемый для BJT?

Ворота и драйвер MOSFET выглядят примерно так:

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

$C_G$ - это в основном емкость затвора самого MOSFET. Драйвер может добавить собственную емкость, но обычно она незначительна.

$L_G$ и основном происходят из схемы драйвера затвора. Отведения МОП-транзисторов также вносят свой вклад, но в меньшей степени.$R_G$

$R_G$ также явно добавлен в некоторых схемах драйверов , чтобы ослабить резонанс и . Без этого демпфирования звон может привести к тому, что напряжение на затворе M1 будет переходными, значительно превышающими напряжение, обеспечиваемое , иногда превышая максимальное значение, заданное MOSFET, и повреждая затвор.$L_G$$C_G$$V_{GS}$

Для максимально быстрого времени переключения вы хотите, чтобы все это было как можно меньше.

Минимизировать довольно просто. Не добавляйте больше сопротивления, чем требуется, и не делайте следы PCB чрезмерно тонкими. Вы также хотите, чтобы драйвер был как можно ближе к полевому МОП-транзистору, и вы хотите, чтобы он был чем-то способным поглощать и получать большой ток. Самый простой способ сделать это - добавить двухтактную пару BJT-подписчиков:$R_G$

^{смоделировать эту схему}

Для более сложного примера см. Вождение нижней стороны моста Мосфет с 3,3В . Конечно, есть и интегрированные решения.

Если более важно иметь быстрое отключение, чем быстрое включение (обычно в приложениях с H-мостом), то D1 можно добавить, чтобы в основном обходить во время отключения, при этом сохраняя большую часть демпфирующей способности.$R_G$

Чтобы минимизировать , не только о длине трассировки шлюза, но также и пути возврата от источника обратно к драйверу шлюза. Помните, что зарядный ток затвора должен проходить через затвор и источник и обратно к драйверу. Индуктивность этой петли пропорциональна области, которую она окружает, и на высоких частотах эта индуктивность будет ограничивать скорость переключения намного больше, чем сопротивление . Обычная практика компоновки заключается в том, чтобы под полевым МОП-транзистором и водителем имелась прочная заземляющая плоскость, при этом трасса затвора должна быть как можно короче. Там, где вам нужно соединить слои с отверстиями, включите несколько, если это возможно, чтобы минимизировать их эффективную индуктивность.$L_G$$R_G$

Помните также, что и включают сопротивление источника питания. Убедитесь, что драйвер затвора адекватно снабжен развязывающими конденсаторами блока питания. Используйте несколько параллельно, чтобы максимизировать емкость и минимизировать индуктивность.$L_G$$R_G$

$C_G$ не может быть напрямую уменьшен, кроме как путем выбора другого MOSFET. Более дорогие МОП-транзисторы могут обеспечить меньшую емкость затвора для более низкой или максимальной способности к обработке тока. Кроме того, не используйте MOSFET с большей текущей способностью обработки, чем необходимо; Вы будете платить за это в увеличенной емкости затвора.$R_{DS(on)}$

Большинство конструкций драйвера затвора также могут выиграть от приведения затвора в отрицательное напряжение. Подавая более высокое напряжение на$L_G$$R_G$$\frac{di}{dt}$$\frac{di}{dt}$

$\frac{dv}{dt}$

от международного выпрямителя - Power MOSFET Basics

$R_G$

$R_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

например, для 2N7000

$R_{DS}$$R_{DS(on)}$$V_{th}$

$V_{th}$

$V_{th}$$R_{DS}$

Не пытаясь конкурировать с ответом Фила, потому что это действительно хорошо. Но пара вещей, о которых нужно подумать.

Вы не упоминаете, какую часть вы используете, но если вам действительно нужно уменьшить задержку выключения, вам может понадобиться использовать деталь для поверхностного монтажа. Например, деталь в TO-220 будет встроена в пакет индуктивностью 7 нГн и сопротивлением затвора 10 Ом, с чем ничего не поделаешь. В то время как часть для поверхностного монтажа имела бы больше индуктивности 3 нГн и сопротивления затвора 3 Ом, которые могли бы переключаться намного быстрее.

Что касается более быстрого вытягивания заряда из затвора, вы можете подумать о добавлении транзистора pnp с опусканием в затвор полевого транзистора. Что-то вроде этого:

$\beta$

Если вы хотите получить количественные рекомендации по определению минимального сопротивления ворот, которое следует использовать, вы можете посмотреть этот пост.

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы ускорить выключение MOSFET.

1) Используйте драйвер затвора с более низким импедансом, который способен быстрее разряжать емкость затвора.

2) Если у вас есть последовательный резистор от драйвера затвора до затвора, попробуйте немного уменьшить значение этого сопротивления.

3) Если есть резистор, включенный последовательно с затвором от драйвера, попробуйте установить конденсатор на этот последовательный резистор. Это может ускорить отключение полевого транзистора при условии, что драйвер имеет достаточно низкий импеданс, а постоянная времени R / C пары резистор / конденсатор позволяет разряжать конденсатор до перехода из положения в состояние «выключено».

4) Попробуйте сместить драйвер затвора для полевого транзистора, чтобы затвор отклонился на небольшое значение ниже напряжения источника во время и после выключения затвора. Если источник находится на GND, то попробуйте получить вентиль на несколько сотен милливольт ниже GND.

Помимо того, что говорит Майкл Карас, нет смысла применять большее напряжение на затворе, чем то, что вам нужно. Это окольным путем - то, что зажим пекаря делает с BJT.

Итак, вы обнаружите, что для адекватного включения FET вам нужно (скажем, 5 В), но вы подаете 10 В - 5 из этих напряжений должны быть «разряжены», прежде чем FET начнет фазу выключения.

С BJT «легко» автоматизировать это с помощью диодов, но если вы можете точно выбрать, какое напряжение затвора нужно подавать (зависит от платы), и учитывать температуру и другие вещи (это может означать, что вам нужно вольт или еще два ), тогда вы можете сэкономить несколько нано секунд.