So bestimmen Sie die maximale PWM-Frequenz für den Transistor (2SK2554)

Der Hauptfaktor, der die Schaltgeschwindigkeit bestimmt, ist nicht nur der MOSFET selbst, sondern die Schaltung, in der Sie ihn verdrahtet haben.

Aus Sicht des Gates (dh des PoV Ihres PWM-Signals) kann der MOSFET als einfacher Kondensator angesehen werden. Der MOSFET gilt als EIN, wenn die Spannung an diesem Kondensator über der Schwellenspannung liegt$V_{th}$und aus, wenn unten (es ist komplexer als das, aber das ist vorerst ein vereinfachtes Modell).

Es läuft also im Grunde darauf hinaus, wie schnell Sie diesen Kondensator laden und entladen können .

Je länger der Kondensator zum Laden oder Entladen benötigt, desto länger dauert das Schalten des Geräts und desto mehr Energie wird während dieser Schaltperiode verbraucht.

Es gibt ein sehr schönes PDF-Dokument von International Rectifier, das Sie in die Grundlagen von MOSFETs einführt . Der Abschnitt mit der Überschrift „Gate Charge“ ist eine gute Lektüre für dieses Problem.

Es kann auf die Standard-RC-Formeln zur Berechnung der Ladezeit eines Kondensators vereinfacht werden$\tau=R \times C$- die Kapazität des Gates, multipliziert mit dem Widerstand des Schaltungsabschnitts, der das Gate lädt oder entlädt. Wenn Sie beispielsweise das Gate durch 100 Ω schalten und das Gate eine Kapazität von 7700 pF hat, wäre die Anstiegszeit$100 × 7.7e-9 = 770ns$für 63,2 % Ladung. Passen Sie diese Zeit natürlich an die genaue Schwellenspannung und Ihre Treiberspannung an.

Angenommen, Sie haben 8-Bit-PWM, das sind 256 mögliche Werte. Sie benötigen also ein absolutes Minimum von 770 ns * 256 Zeitscheiben zum Schalten, was 197,120 µs entspricht, oder eine absolute Höchstfrequenz von 5073 Hz. Ich würde es auf die Hälfte beschränken, um sicherzustellen, dass zwischen dem Ein- und Ausschalten mindestens eine Zeitscheibe des Pegelantriebs vorhanden ist.

Das ist natürlich nur ein grober Wert. Wenn Sie diese PDF-Datei durchlesen und mit den Werten im Datenblatt vergleichen, können Sie möglicherweise genauere Werte ermitteln.

Wenn ein Schritt auf ein Mosfet-Gate trifft, gibt es eine gewisse Verzögerung, bevor der Mos vollständig eingeschaltet ist. Dies muss berücksichtigt werden, wenn Sie nicht mit einem MOS enden möchten, der die meiste Zeit damit verbringt, in seinen idealen Zuständen, dh "vollständig an" und "vollständig aus", die meiste Zeit mit Einschalten (Aus) statt (Nicht-) Leiten zu verbringen. .

Wenn die Stufen ankommen, passieren zwei Dinge: Die Gate-Source-Kapazität muss sich aufladen und die Inversionsregion muss sich unter dem Gate bilden. Es gibt eine Art "tote" Verzögerung, dh nichts passiert, sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten, da, wenn die Ladung am Gate unter oder über einem bestimmten Schwellenwert liegt, kein Strom (oder der gesamte mögliche Strom) fließen kann: Diese Verzögerung ist die Verzögerungszeit.

Die Anstiegs- und Abfallzeiten berücksichtigen die Zeit, die der Strom benötigt, um seinen Maximalwert oder Null zu erreichen. Es ist, als ob Sie entlang der Mos-Charakteristik im linearen (Trioden-) Bereich laufen würden.

Während die Verzögerungszeiten wahrscheinlich ziemlich konstant sind, hängen die Anstiegs- und Abfallzeiten stark von der Gate-Spannung ab:

• Beim Einschalten ist die Anstiegszeit umso kürzer, je höher die Ziel- Gate-Spannung ist
• Beim Ausschalten ist die Abfallzeit umso geringer , je niedriger die Start -Gate-Spannung ist

Manchmal treiben Sie das Gate mit einer hohen Spannung an, um es schnell einzuschalten, und gehen dann auf das Minimum zurück$V_{GS}$das garantiert Sättigung, so dass auch das Abschalten schneller erfolgt.

In Bezug auf Ihre Timings würde ich beginnen, die Verzögerung und die Anstiegs- (Abfall-) Zeit für jeden Übergang zu summieren:

Nehmen wir an, Sie möchten höchstens 1 % Ihrer Zeit damit verbringen, Ihren Mos ein- oder auszuschalten: Sie nehmen$t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$, multiplizieren Sie es mit 100 und Sie haben Ihre Periode: 258000ns oder 258us, das sind ungefähr 4kHz. In den Kommentaren habe ich einfach die Einschaltzeit vernachlässigt.

1% ist sowieso eine ziemlich konservative Grenze, es bedeutet, dass die Welle wirklich wie eine Rechteckwelle aussieht, wenn man sie durch ein Oszilloskop betrachtet. Sie können wahrscheinlich noch ein wenig höher gehen und sicher sein, dh Sie verbrauchen nicht viel.