Mosfet - gate charge

Pozdrav svima,

Pokusavam shvatiti rad Mosfet-a. U app-note AN786 kazu:

Total gate charge Qg=Qgs+Dgd+Qod , ok - to mi je jasno.
Recimo iz podataka za IRFP250N Qg = 120nC.
E sad sam naleteo na jednom forumu sledece:

Na kraju, evo ti i formula po kojoj mozes procijeniti koliki ti je ukupni gate charge:
Qcgc=Cul*Vgs+Ciz*(Vgs+Vdd)+Qtgc
Gdje ti je:
Qcgc - complete gate charge [As]
Cul - input capacitance
Ciz - output capacitance
Vgs -peak gate voltage
Vdd - peak drain source voltage (uvecan za napon reverzne diode)
Qtgc - total gate charge (iz datasheet-a)

U grubo ti ispada racun serijskog otpora na gate-u:
Rg = Vgs/Qcgc/tsw
gdje je Rg serijski otpor,
Qcgc je izracunat gore te
tsw - vrijeme preklopa (jedna mikrosekunda)

I to me zbunilo ! Po meni ispada daje Qgs = Cul(Ciss)*Vgs , i Qgd = Ciz(Coss)*(Vgs+Vdd) a Qtgc bi trebao da bude Qod da bi se
na kraju ispostovalo : Qg=Qgs+Dgd+Qod .

Pitanje je : dali je Qcgc isto sto i Qg ?. Ako jeste, zasto ga racunati kada proizvodjaci mosfeta daju taj podatak ?

Ako po AN786 izracunamo da mi je potrebna struja gejta 2A za zeljeno vreme tranzienta od 60nS (Ig=Gg/Tc), jasno mi je
kako idimenzionisati drajver za Mosfet, ali kako da znam kolika je max.struja gejta za pojedini tip mosfeta-a. Taj podatak ne
postoji po pdf-ovima, a sigurno se nesme zapostaviti i preterati u struji gejta.

Takodje me zbunjuje i pominjanje Cei u AN786, gde kaze da je Qg = Cei * Vgs.
Kakav je odnos izmedju Cei sa Ciss,Coss i Crss.?

Zeljko

Ne možeš da preteraš sa strujom gejta, ti ne upravljaš strujom nego naponom, a taj naponski izvor mora
da obezbedi dovoljno struje. Mosfet uzima struje koliko mu treba.
Kako frekvencija raste, tako kapacitivna impedansa gejta opada, pa je potrebno sve više struje da bi održao upravljački napon.

Bez obaveze da me držiš za reč rekao bih da je Qgs onaj "charge" između same elektrode gejta i kanala.
Praktično postoji i tzv. "miler kapacitet" koji predstavlja na gejt preslikani Cgd, uvećan za faktor NAPONSKOG pojačanja.
To je fizički fenomen koji je poznat još od cevne tehnike.

Nisam bas sto posto siguran, ali ako bi gejt povukao taman koliko mu treba, zasto onda struju gejta ogranicavamo serijskim otporom pored toga sto je i izlaz drivera ogranicen unutrasnjim serijskim otporom. Ispada da bi bio dovoljan samo taj otpor u samom driveru. Ali u praksi uvek imamo i otpor izmedju drivera i gejta. Smanjivanjem tog otpora smanjujemo trajanja tranzienta, ali imamo kao posledicu oscilacije Vgs pri malim otporima, dok povecavanjem serijskog otpora produzavamo vreme tranzijenta i dobijamo "lepsi" talasni oblik Vgs. Citao sam negde da je u nekom svitcheru zamenjen mosfet neorginalnim tipom, i crko je jer se ispostavilo da je pri Rg od 2,2 oma "povukao" vise nego sto je smeo! , Takodje sam citao da bi Mosfet riknuo kada bi se direktno spojio na driver. Ispada da ipak postoji max. struje gejta za odredjen mosfet. Dali sam u pravu ?



Da, branko Qgs je (Cgejt-sors + C gejt-drejn)x Vgs, miler se odnosi na Cgd, ali jos uvek nemam resenu nedoumicu dali je Gcgc = Qg , odnosno sta je Qtgc ?

Pozdrav

Zeljko

Da je maksimalna struja gejta bitan faktor, proizvođači bi je deklarisali.

DA mosfet ima samo parazitne kapacitivnosti, otpornik na gejtu (gejt štoper) ne bi bio potreban,
ali postoje tu i parazitne induktivnosti. Pa onda L I C (više njih) naprave rezonatno-a kolo-a. A onda se postavaljaju
gejt štoperi da bi se prigušile oscilacije (Q faktor).

Kada mosfet osciluje, prigušeno ili ne prigušeno, sve jedno, njegov izlaz ne prati pobudu sa gejta.
Ako je H most u pitanju doći će do kratkog spoja između grana napajanja.... itd... uglavnom crkavaju kad se izgubi kontrola.

Dalji razlozi
- Uds veći od dozvoljenog
-Id veća od dozvoljene
-Ugs veći od dozvoljenog (prenapon može da probije oksid između elektrode gejta i drain-source kanala, zato se postavljaju zenerke)
-T kristala veća od dozvoljene

Ako sam nešto propustio, dopunite slobodno.

Mene dok je interesovao princip rada mosfeta, palio sam ih ko kokice i posmatrao osciloskopom predsmrtne pojave.
Pušili su se i gejt štoperi, ali tek nakon što mosfet probije.

Ok, struja drejna ne prati oscilacije, e sad kada kazes da oscilacije mogu dovesti do proboja H-mosta, dali se to odnosi i kada je iz kontrolera koji upravlja mostom postavljen dovoljan dead time ?

Koliku max. struju moze podneti ZY15 na gejtu u impulsnom rezimu. ( Ja koristim Vgs oko 12V i limitirano sa gejt stoperom na 1A i most sa IRFP250 , - 1A da bi za 120nS napunio Qg na vrednost od 120nC) .Citao sam da je izlaz drivera pre gejt stopera, pozeljno zastititi sa dve sotki diode (prema Vcci Gnd) da bi se osigurao driver od pikova koji mogu proletei kroz Cgd. Koliko su pozeljni odnosno potrebni RC clanovi izmedju D i S ? Dali bi transil diode sta pomogle ?

E evo ti je dobro, "palio sam ih kao kokice", - bog da im dusu prosti ! Ajde opisi malo detaljnije sta si im radio, zanimalo bi i mene sta bi rekli mosfeti pred smrt !

Zeljko

Dead time je samo sigurnost kada se radi sa duty-cycle približnim 100%, ali se predpostavlja da poluprovodnici u mostu
rade brzo i bez oscilacija.

Strmim uzlaznim i silaznim ivicama se teži da bi se minimizovala snaga disipacije na poluprovodnicima.

Takođe disipaciji doprinosi i Rdson*Id u stanju kada je mosfet uključen, tu su mosfetovi dobri usled
ekstremno malih Rdson, ali nisu baš sjajni po pitanju brzine prekidanja, baš iz razloga što je neophodno
ugušiti im parazitne oscilacije, a to povlači smanjivanje brzine. Kompromisi.....

Koristi Irfp250 samo za napone veće od 100V, ako ti je napon manji od 100v bolje će da legne Ifrp150 manja mu je kapacitivnost, opet za napone ispod
55v još brži će biti recimo irfz48. Stalno se pojavljuju novi tipovi, ovu su neki već standardni/istorijski primerci.

Što je probojni napon Mosfeta veći, to je Mosfet manje upotrebljiv u aplikacijama gde je brzina važna.
Na većim naponima su se IGBT bolje pokazali. Valjda zato u frekventne regulatore trpaju IGBT, a ne mosfet.

Isto tako PC atx napajanja, visoki napon, nema tamo mosfetova.

Ok, pojasni mi malo molim te sledecu situaciju, to jest dali nesto moze poci po zlu kada imamo:

H-most u kome imamo dosta strme ulazne i silazne strmine i postavljen dovoljan dead time, ali upravo zbog povecane stuje gejta ( da bi se postigle brze promene) imamo prigusene oscilacije na gejtu. Ili treba izbegavati vece struje gejta a strminu dobiti biranjem mosfeta sa manjim kapacitivnostima ako je moguce, pa tek onda eventualno ici na manje struje gejta ?

Sta je losa strana prigusenih oscilacija gejta i sta se moze sve desiti ?

Zeljko