게이트 저항 값을 설계하는 방법은 무엇입니까?

이것은 내가 작업하고있는 드라이버 IC (LM5112)의 데이터 시트입니다.

다음은 모듈의 응용 다이어그램입니다.

기본적으로 이것은 PDM 신호를 입력으로 사용하는 MOSFET 용 GATE 드라이버 회로입니다. MOSFET 입력 저항 (R3)의 값을 계산하는 방법을 찾고 있습니까?

MOSFET 입력 전압 (VDS) = 10V 필요한 출력 전력은 200W입니다.

질문 :

1) MOSFET 입력 저항을 계산하는 방법은 무엇입니까?

2) MOSFET 입력 저항 계산에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

3) 저항 값이 변하면 (증가 또는 감소) 회로에서 가능한 최대, 최소 저항 값은 얼마입니까?

추가 정보가 필요하면 알려주십시오.

출력 전류 (7A)가 큰이 드라이버를 선택한 경우 매우 큰 FET를 매우 빠르게 전환하려면이 게이트 구동 전류가 필요하다고 가정합니다.

게이트 저항은 게이트 구동 전류를 줄임으로써 속도를 늦추므로 최적의 값은 0 옴입니다. 최대 값은 허용되는 스위칭 손실에 따라 달라집니다 (스위칭이 느리면 더 많은 스위칭 손실이 발생 함).

게이트 저항은 여전히 ​​다음을 사용할 수 있습니다.

• EMI를 줄이려면 스위칭 속도를 늦추십시오. 그러나이 경우 더 약한 (저렴한) 드라이버를 사용할 수도 있습니다.
• MOSFET을 켤 때 전원에서 공급되는 전류 스파이크를 줄입니다. 로컬 디커플링이 충분하지 않으면이 전류로 인해 VCC가 처져 칩의 UVLO가 트리거 될 수 있습니다. 다행히도 칩의 핀아웃으로 인덕턴스 디커플링을 쉽게 달성 할 수 있습니다.
• 긴 게이트 트레이스로 레이아웃이 차선책 인 경우. 이로 인해 게이트에 인덕턴스가 추가되어 MOSFET이 발진 할 수 있습니다. 느린 스위칭 비용으로 저항이 발진을 감쇠시킵니다. 이것은 약간의 반창고이며, 단단한 레이아웃이 바람직합니다.

필자의 경우를 대비하여 저항기 풋 프린트를 배치하고 0R 점퍼로 시작하는 것이 좋습니다.

MOSFET의 게이트 이해

MOSFET은 다양한 부하를 구동 할 때 많은 이점을 제공하는 놀라운 장치입니다. 전압으로 구동되고 켜져있을 때 저항이 매우 낮기 때문에 많은 응용 분야에 적합한 장치가됩니다.

그러나 게이트가 실제로 작동하는 방식은 아마도 많은 사람들에게 가장 잘 이해되지 않는 특성 중 하나 일 것입니다.

일반적인 MOSFET 회로를 살펴 보겠습니다.

참고 : 여기서는 N- 채널 장치 만 설명하지만 P- 채널은 동일한 메커니즘으로 작동합니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

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

^{이 회로를 시뮬레이션}

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

문제를 더 복잡하게하기 위해, 이러한 커패시턴스는 일정하지 않으며인가 된 전압에 따라 변한다. 일반적인 예는 다음과 같습니다.

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

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

$R_{GATE}$$R_g$

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

참고 : 드라이버에서 소스 및 싱크 제한이 다르거 나 에지를 켜거나 끄려면 2 개의 게이트 저항을 다이오드와 함께 사용할 수 있습니다.

타이밍은 모든 것

이제 게이트 저항이 중요한 이유를 알 수 있습니다. 그러나 이제 게이트 저항을 갖는 의미와 너무 큰 경우 어떻게되는지 이해해야합니다.

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

이 간단한 회로를 분석해 봅시다.

여기서는 약 2.5 ohms 입력 저항을 갖는 전형적인 MOSFET을 선택했습니다. 위와 같이 배수구가 접지로 단락되면 다음 흔적을 les의 상승 에지에 플롯 할 수 있습니다.

$R_{Gate}$

펄스의 하강 에지는 놀랍지 않게 비슷합니다.

이제 1 Ohm 부하 저항으로 게이트에 작은 전압 1V를 적용 해 봅시다.

위의 흔적에서 세 가지주의 할 사항이 있습니다.

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

2. $R_{GATE}$

3. 독수리 눈이있는 경우 MOSFET을 켤 때 I (R_GATE)에서 약간의 변형이 나타날 수도 있습니다.

이제 부하에서 10V 및 10 Ohms의보다 현실적인 전압을 보여 드리겠습니다.

$V_{gs}$

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

이 시점에서 무언가가 분명해졌습니다. 그건...

켜기 지연은 부하 전압에 따라 변합니다!

$C_{GD}$

이 장치가 300V를 처리 할 수있는 최대 1A까지로드 할 수 있습니다.

플랫 스팟이 매우 길다는 것을 알 수 있습니다. 장치는 선형 모드로 유지되며 완전히 켜는 데 시간이 오래 걸립니다. 실제로이 이미지에서 타임베이스를 확장해야했습니다. 게이트 전류는 이제 약 6uS 동안 유지됩니다.

끄기 시간을 보면이 예제에서는 훨씬 더 나쁩니다.

$C_{GD}$

즉, 부하에 대한 전력을 변조하는 경우이를 구동 할 수있는 주파수는 스위칭하는 전압에 따라 크게 달라집니다.

10V에서 100Khz에서 어떤 종류의 작동 ... 약 400mA의 평균 게이트 전류 ...

300V에서 희망이 없습니다.

이 주파수에서 MOSFET, 게이트 저항 및 드라이버에서 소비되는 전력은 이들을 파괴하기에 충분할 것입니다.

결론

단순한 저주파 사용 외에도 높은 전압 및 주파수에서 작동하는 미세 조정 MOSFETS는 필요한 특성을 추출하기 위해 상당한 양의 신중한 개발이 필요합니다. 높을수록 MOSFET 드라이버가 더 강력해야하므로 가능한 적은 게이트 저항을 사용할 수 있습니다.