Hochstrom-Hochfrequenz-IC-PWM-Schaltung mit MOSFETs

Ich entwerfe eine Schaltung für eine Automobilanwendung (Chassis-Masse), die über eine Reihe von MOSFET-Ausgängen verfügt, um große LED-Arrays und kleinere Motoren anzusteuern (die Anwendung bevorzugt tendenziell nicht induktive Modi, ist aber dennoch eine wichtige Überlegung). Eines der Ziele hier ist es, ein 300-W-LED-Licht mit einem MOSFET oder einem ähnlich geeigneten Transistor PWM-schalten zu können.

Ich versuche jetzt zu verstehen, wie man die Anforderungen und Einschränkungen von MOSFETs beim Hochfrequenzschalten versteht. Ich strebe eine Schaltrate von 20 kHz an, sodass sie außerhalb des hörbaren Bereichs liegt, da einige der billigeren LED-Leuchten, die ich zu schalten versuche, kostengünstige Filterkappen verwenden, die dazu neigen, bei der Eingangsfrequenz mechanisch zu schwingen.

Ich habe eine sehr einfache Schaltung entworfen, in der ein einfacher NPN-BPJT (BC848) verwendet wird, um den positiven 3,3-V-Ausgang eines Mikrocontrollers zu invertieren und das Gate auf einem Leistungs-FET mit niedrigem Rds wie dem IRF5305 anzusteuern.

Einfache MOSFET-Treiberschaltung

Mein Verständnis an dieser Stelle ist, dass das Ziel des Treibers hier darin besteht, den FET so schnell wie möglich zu sättigen, um die Rds beim Einschalten zu minimieren. und dies mit einer Art kapazitivem Treiber zu tun. (Ich bin neu dabei und mein Wissen stammt aus nicht überprüfbaren Quellen).

Ich habe einige der Vorzüge von Gate-Treiber-ICs gelesen, die viele der Kästchen anzukreuzen scheinen (außer den Kosten, aber das ist hier ein vernünftiges Opfer), obwohl es mir schwer fällt, den damit verbundenen Anstieg zu identifizieren und Abfallzeiten, die von einer Anwendung benötigt werden (20 kHz bei 0-100 % Einschaltdauer, 40 kHz??) und was das mit dem Gate bei einem bestimmten Strom macht. Wenn ich einen FET ansteuern wollte:

  • 20-kHz-PWM
  • Logikspannungstreiber (3,3 V)
  • 0-100 % Einschaltdauer
  • 20A Last
  • 12-24V

Wie würde ich einen geeigneten FET bestimmen und wie würde ich die Fahranforderungen bestimmen?

Anknüpfend an diese Frage; zum Verständnis der Schaltzeitanforderungen; Eröffnet das eine Möglichkeit, einen intelligenten Highside-Leistungsschalter wie den BTS432e2 media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Infineon%20PDFs/… zu verwenden , der eine Reihe von Erkennungs- und Diagnosefunktionen enthält?
Sättigungsbereich für MOSFET . Vielleicht überdenken Sie Ihre Worte und versuchen, die Frage auf das Nötigste zu reduzieren.
Einige Must-Reads: Acromag Application Note 8501-088. Dies ist eine wichtige Lektüre für alle, die induktive Lasten fahren. Nexperia-Anwendungshinweis „Design in MOSFETs für einen sicheren und zuverlässigen Gate-Treiber-Betrieb“. Ich verlinke nicht für die zukünftige Verwendung.

Antworten (1)

20 kHz sind für MOSFET-PWM sehr vernünftig. Das Hinzufügen eines MOSFET-Treibers ist wichtig, da selbst bei dieser relativ niedrigen Schaltfrequenz die Gate-Kapazität dazu führt, dass Ihre aktuelle Schaltung langsam schaltet. Der IRF5305 in Ihrer Schaltung hat eine Gate-Kapazität von 1200 pf und eine Rückwärtsübertragungskapazität von 250 pf, und Sie treiben das Gate mit einer Impedanz von 10 K an, um es auszuschalten. Ein Gate-Treiber bietet in beiden Richtungen (Ein und Aus) eine niedrige Impedanz und führt zu angemessenen Schaltzeiten.

Der IRF5305 hat eine Gate-Schwellenspannung zwischen -2 und -4 Volt, dies garantiert jedoch nur 250 uA, sodass Sie das Gate mit mindestens -10 Volt ansteuern sollten, während Sie deutlich unter dem Maximum von +/-20 Volt bleiben Gate-Spannung.

Wenn Sie schließlich induktive Lasten ansteuern, müssen Sie die negativen Spannungsspitzen, die beim Ausschalten auftreten, mit Schutz- und möglicherweise Snubber-Schaltkreisen bewältigen. Dieser Teil bricht zusammen (wirkt wie eine Zenerdiode), wenn diese Spitzen -55 V überschreiten, und der MOSFET muss die Energie absorbieren, sich erwärmen und möglicherweise ausfallen. Eine Kombination aus einem MOSFET mit höherer Spannung und einem Snubber kann erforderlich sein.

Viel Glück!

Das ist großartig, danke für die umfassende Antwort. Um hier Kosten und Effektivität zu minimieren, habe ich High-Side-Schalter untersucht, die von Bootstrap-N-Kanal-FETs wie dem AUIPS7221R angetrieben werden, die tendenziell eine Reihe von Sicherheitsmechanismen (Überstrom, Überspannung) bieten, die direkt eingebaut sind Logikpegeltreiber, der das Schalten bis zu 60 kHz garantiert. Viel zu lernen
Hochstrom-Hochfrequenz-IC-PWM-Schaltung mit MOSFETs
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v