Strombegrenzungsschaltung mit P-Kanal-MOSFET

Ich entwerfe eine einfache Einschaltstrombegrenzungsschaltung mit einem P-Kanal-MOSFET:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Simulation zeigt eine 48-V-Quelle, die mit einer ziemlich schnellen Anstiegszeit von 1 ns einschaltet. Der Drain-Gate-Kondensator Cinrush soll den MOSFET langsam einschalten lassen. Während der Anstiegszeit der Quelle von 1 ns weist der Strom jedoch einen Extremwert von 1 kA auf.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was verursacht diese hohe Stromspitze?

EDIT: Auch ist mein Verständnis für diese Schaltung richtig: Beim ersten Einschalten der Quelle wird sie nur durch R1 begrenzt. Dann wird Cinrush auf VG aufgeladen, was über den Spannungsteiler R1 & R2 definiert wird. Die Zeitkonstante ist R1*Cinrush (unter Vernachlässigung aller Parasiten)?

Fügen Sie der Spannungsquelle eine praktische Impedanz (Serienwiderstand) hinzu.

Antworten (2)

Ein typisches MOSFET-Modell hat eine DS-Kapazität und eine GS-Kapazität und nur winzige Mengen an Serieninduktivität (hauptsächlich aufgrund des Gehäuses).

Indem Sie ihm eine Anstiegszeit von 1 ns zuführen, sehen Sie die Wirkung dieser parasitären Elemente. Sie existieren in der Realität.

Wenn die Anstiegszeit von 1 ns (oder sogar 10 ns) in der Realität möglich ist, möchten Sie möglicherweise eine Serienimpedanz hinzufügen, um den Strom zu begrenzen, wenn solche Elemente (konzentriert oder aufgrund von Leiterbahn- und Verdrahtungsimpedanz usw.) nicht bereits vorhanden sind.

Anfänglich ist VS = VD = VG = 0. Wenn Sie plötzlich 48 V an VS anlegen, sind VD und VG beide 0. Dadurch wird X2 sofort eingeschaltet. X1 wird das Gate schnell auf 48-Vz hochziehen, aber erst wenn Cinrush sich leicht auflädt und seine Ladung plus VD VG auf VS-Vg bringt, beginnt die Einschaltstrombegrenzung zu arbeiten.

Berechnen Sie das Verhältnis zwischen 48 V und Vg,th und fügen Sie eine Kappe von Source zu Gate hinzu, die viel höher als Cinrush ist, um das Gate mit der angelegten Leistung nach oben zu ziehen. Wenn Ihre minimale Gate-Schwelle beispielsweise 1 V beträgt, stellen Sie diese Gate-Source-Kappe auf 4800 pF oder mehr ein.

Ihre Schaltung funktioniert gut, wenn Sie Strom anlegen, indem Sie den FET mit bereits angelegten 48 V einschalten, aber die zusätzliche Kappe benötigt, um zu funktionieren, wenn die 48 V extern eingeschaltet werden.

ja, aber selbst dann erscheint die Spitze, wenn der Momentanstrom über alle Kondensatoren gegen Masse kurzgeschlossen wird, nur begrenzt durch die Quellenimpedanz (die ich noch nicht in die Simulation eingefügt habe).
Ja, die drei Kappen bieten einen Weg zur Erde, aber dieser Weg liegt im wirklichen Leben bei etwa 100 nF (vielleicht etwas mehr, wenn Sie die Parasiten berücksichtigen). Wenn selbst so viel Einschaltstrom zu viel für Sie ist, versuchen Sie, einen Widerstand in Reihe mit Cinrush zu schalten.
Okay, und wenn Sie eine Kappe von S nach G hinzufügen, wird die Anfangsspannung, die das Gate "sieht", 48 V betragen und X2 ist ausgeschaltet. Erst nach dem Aufladen der hinzugefügten S-zu-G-Kappe schaltet sich der FET ein. Aber warum brauche ich Cinrush noch?
Mit nur Csg hält das Aufladen der Kappe sie ausgeschaltet, bis die Gate-Schwelle erreicht ist, an welcher Stelle sie schnell voll eingeschaltet wird. Cinrush hingegen liefert weiterhin eine negative Rückkopplung und erhöht die Gate-Spannung, wenn VD ansteigt – und wird im Wesentlichen zu einem Slew-Rate-Controller für VD. Erst nach VD ~= VS schaltet X2 voll ein. Es ist nicht gerade ein Konstantstromregler, da sich die Höhe des zulässigen Einschaltstroms in Abhängigkeit von Cin ändert.
Und gibt es eine einfache Möglichkeit, die Zeit vom Schwellenwert bis zum vollständigen Öffnen des FET zu berechnen? Ich habe einige Simulationen und Nachforschungen angestellt, aber da es stark von den MOSFET-Parametern abhängt, kann es nicht einfach berechnet werden.
Das hängt von der Anstiegszeit an Cin ab, die durch Cinrush+CGD und R2 bestimmt wird. Beachten Sie, dass Ampere C/s und Farad C/V sind, wobei C Coulomb ist. R2 hat während der Rampe eine ziemlich konstante Spannung Vs-Vgs, so dass der Strom konstant ist. Cinrush+CGD wird mit demselben Strom geladen, sodass Sie die Anstiegsgeschwindigkeit ermitteln können, die das System toleriert. Dann können Sie den begrenzten Einschaltstrom berechnen, indem Sie die Anstiegsrate mit Cin vergleichen.
Strombegrenzungsschaltung mit P-Kanal-MOSFET
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 1v