Wie kann ich die Schaltzeit eines MOSFET verlangsamen?

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Ich habe ein NMOS, das für meine Anwendung zu schnell wechselt. In das Gate sende ich eine Rechteckwelle mit logischem Pegel (PWM). Leider ist der Ausgang für mich erwartungsgemäß auch eine nahezu rechteckige Welle.

Wie kann ich den Vout trapezförmiger machen? Oder anders gesagt: Was ist die einfachste Änderung, die ich vornehmen kann, um die Anstiegsgeschwindigkeit am Ausgang zu verringern?

Hinweis: (Vin) ist die am Gate des NMOS angelegte Spannung und (Vout) ist die am Drain des NMOS gesehene Spannung.

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hassan789
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Nur eine Anmerkung, da sich alle fragen. Der Widerstand stellt eine Last von 50 Watt dar, die nur 0,5 Sekunden lang gepulst wird. Ich kann es jedoch nicht zu schnell einschalten.
Hassan789
Angesichts der aktualisierten Informationen habe ich meine Antwort entfernt
Adam Head
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Wenn Sie mit einer Last von 50 W tauchen, kann ein langsameres Einschalten zu einer erheblichen Verlustleistung im MOSFET führen. Wenn Sie die Rampe PWM können, würde dies es einfacher machen.
Nick T

Antworten:

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Die einzige Kontrolle, die Sie über den Widerstand des FET haben, ist die Gate-Source-Spannung. Sie müssen die Änderung dieser Spannung verlangsamen. Die gebräuchlichste Methode hierfür ist ein RC-Filter am Gate. Legen Sie einen Widerstand zwischen Ihre Antriebsquelle und das Gerätegatter, und die parasitäre Kapazität des Gatters bildet ein RC-Filter. Je größer der Widerstand, desto langsamer das Ein- und Ausschalten.

Wenn der Widerstand zu groß wird, kann es zu Problemen mit der Störfestigkeit kommen (falsche Gate-Trigger usw.). Ab einem bestimmten Widerstandswert (möglicherweise im Bereich von 10k bis 100k) ist es daher besser, eine Kapazitäts-Gate-Quelle hinzuzufügen, um das Schalten zu verlangsamen weiter unten.

In der Regel habe ich bei allen FETs immer einen RC-Filter mit Pulldown-Widerstand eingesetzt. Dies ermöglicht die Steuerung der Anstiegszeit und bietet eine verbesserte Störfestigkeit.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Beachten Sie, dass Ihr FET jedes Mal, wenn er nicht vollständig "Ein" oder "Aus" ausgibt, erhöhte Verluste verzeichnet. Wenn es eingeschaltet ist, liegt an dem Gerät eine sehr niedrige Spannung an. Wenn es ausgeschaltet ist, hat das Gerät keinen Strom. So oder so, geringer Verlust. Wenn Sie jedoch dazwischen liegen, sieht das Gerät sowohl Spannung als auch Strom, was bedeutet, dass die Verlustleistung in diesem Zeitraum weitaus größer ist. Je langsamer Sie wechseln, desto größer wird der Verlust. Wann es zu einem Problem wird, hängt vom FET, der Quelle und der Schaltfrequenz ab.

Stephen Collings
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haben ein ähnliches Problem in Bezug auf nicht vollständig "ein" oder "aus" Elektronik.stackexchange.com/questions/265634/…
user16307
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Nicht genug Miller-Zeit? Erweitern Sie es einfach.

Spehro hat hier den richtigen Ansatz. Ich werde seine Mantelschwänze reiten und die Idee ein wenig erweitern, weil es eine so gute Idee für so etwas ist.

g fs C dg C fbCdg ist in einem FET etwas Besonderes, da es dem Gate eine negative Rückkopplung liefert. Dies bedeutet unter anderem, dass es auch mit der Transkonduktanz ( ) des FET multipliziert wird . Es hat also einen größeren Effekt, als seine Größe vermuten lässt. Vergessen wir aber zunächst und fügen stattdessen einen externen Kondensator vom Drain zum Gate hinzu ( ), denn wenn Sie die Anstiegs- und Abfallzeiten von wirklich verlangsamen möchten Der FET ist das, was du tun wirst. Hier ist ein Schema zur Veranschaulichung: gfsCdgCfb

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn steigt und fällt, können Sie wahrscheinlich sehen, wie , , und alle a spielen Teil der Begrenzung des Wertes von . Die kleine Signalübertragungsfunktion von relativ zu ist: V ds R g R L g fs C fb V gs V ds V drvVdrvVdsRgRLgfsCfbVgsVdsVdrv

RLsCfb(gfsRgRL+Rg+RL)+1

R L.RgRLgfsCfb

RgRLVdrv-pkVccgfs

VdsVdrv-pk

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

CfbCfb

gsills
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aber wenn ich bei Vgs einen dV / dt (so ziemlich eine Spannungsspitze) einführe, schaltet er sich nur für einen Moment ein, oder?
Hassan789
@ hassan789 Nun, dV / dt-Ereignisse sind auf die eine oder andere Weise vorübergehend. Es ist eine Ladungsinjektion vom Drain zum Gate durch Cfb und hängt von Vcc und der wahren Natur der Last ab. Wenn Vcc schnell erscheint und die Last ein kapazitives Element hat, kann dV / dt ausreichen, um eine gewisse Leitung zu verursachen. Eine grobe Schätzung könnte von tolerierbarem dV / dt mit dV / dt ~ Vth / (RgCfb) vorgenommen werden. Oder dV / dt kann das Ausschalten über die Erwartungen hinaus verlängern. Ich muss mich nur bewusst sein.
Gsills
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Sie können dem Gate einen Vorwiderstand hinzufügen. Dies geschieht häufig, um die Anstiegs- und Abfallzeiten zu verlangsamen, um die EMI zu verringern oder ein übermäßiges Überschwingen zu verhindern. Offensichtlich erhöht dies die Schaltverluste (aber nicht die Leitungsverluste), so dass es einen Kompromiss gibt. Das Umschalten wird nicht nur verlangsamt, sondern es wird auch eine Verzögerungszeit hinzugefügt. Denken Sie also daran, wenn die Möglichkeit einer Querleitung oder ähnlicher Probleme besteht.

CGSCDGCDG

Spehro Pefhany
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Gehe ich Gefahr, den FET dadurch nicht vollständig einzuschalten?
Hassan789
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@ hassan789: Angenommen, die Rechteckwelle dreht sich nicht, bevor sie gesättigt ist, nein.
Ignacio Vazquez-Abrams
@ hassan789 Nein, wie gesagt, es wird die Leitungsverluste nicht erhöhen . Die Gate-Spannung ist nach einiger Zeit im Wesentlichen dieselbe wie ohne Widerstand, da die Gate-Leckage sehr klein sein sollte. Natürlich wird der MOSFET während des Schaltens nicht vollständig eingeschaltet (wodurch die Verlustleistung erhöht wird), aber ich denke, das haben Sie verlangt.
Spehro Pefhany
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Wie ist der Betriebszustand Ihres MOSFET?

Bei Verwendung als Schalter befindet sich der MOSFET die meiste Zeit in zwei Zuständen:

  • Vds
  • VdsId×Rds_onIdRds_on×Id2

VdsId×Vds

Wenn Sie beabsichtigen, Ihren MOSFET länger in diesen dritten Zustand zu versetzen, müssen Sie sicherstellen, dass durch die Erhöhung der Temperatur seines Übergangs nicht die maximal zulässige Temperatur für diesen Übergang überschritten wird. (im Datenblatt zu finden) Die Reduzierung der Anstiegsgeschwindigkeit eines MOSFET muss sorgfältig untersucht werden.

Ich weiß nicht, was du damit fährst. Wenn es sich um eine LED handelt und Sie möchten, dass sie immer heller, aber langsam wird, verwenden Sie besser eine PWM am Gate Ihres MOSFET und verwenden Sie sie weiterhin als Schalter. Wenn die PWM sehr schnell ist, fällt sie dem menschlichen Auge nicht auf.

Der gleiche Ansatz gilt auch für den Antrieb eines Motors.

Blup1980
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Eigentlich versuche ich, den 3. Zustand auszunutzen ... für meine Anwendung möchte ich, dass der FET länger im 3. Zustand bleibt (ich weiß, dass dies bedeutet, dass der Fet verbrennt). Aber es wird nur für eine
kurze