المقاوم في الدائرة البوابة أو كيفية القيام بذلك بشكل صحيح

يوم جيد للجميع!

من المحتمل أن تصبح هذه المقالة القصيرة ورقة غش للمطورين الأوائل الذين يرغبون في تصميم دوائر تحكم بتبديل أشباه الموصلات موثوقة وفعالة ، وتحديث وتحديث المعرفة القديمة للمتخصصين ذوي الخبرة ، أو ربما تخدش صناديق ذاكرة القراء في مكان ما على الأقل.

سأكون سعيدًا جدًا لأي من هذه الحالات.

في هذه المقالة سأحاول وصف الأسئلة الأكثر شيوعًا حول اختيار مقاومات البوابات للأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالطاقة. إنها تستند إلى المعرفة التي اكتسبتها من مختلف الأدبيات والتعليقات من TOSHIBA و Infineon و Texas Instruments ، وكذلك من الممارسة المتواضعة. تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلومات لا تقدم توصيات عالمية مباشرة لكل مفتاح تشغيل. ومع ذلك ، من الممكن تحليل الافتراضات التي يمكن أن تكون مهمة والتأثير الذي يمكن أن يكون لها على اختيار مقاومات البوابات لترانزستورات القدرة المنفصلة ، وكذلك لوحدات الطاقة.

الأساسيات

يقع المقاوم البوابة في الدائرة بين سائق الترانزستور السلطة وبوابة الترانزستور نفسه ، كما هو مبين في الصورة في رأس المقالة.

يعتمد مفتاح الحقل المفتوح أو المغلق (IGBT / MOSFET) على الجهد المطبق على البوابة. تغيير في هذا الجهد شحن أو تفريغ السعة بوابة لجهاز الطاقة ، والذي يتكون من قدرات جامع البوابة $$$C_ {gc}$ ومصراع باعث $$$C_ {ge}$ وقدرة صغيرة من مصراع نفسه. سوف المسؤول عن قدرات المدخلات من المفتاح تشغيله (الحالي $$$I_ {g.chrg}$ ) ، وسيتم إيقاف تشغيل التفريغ (الحالي $$$I_ {g.dischrg}$ ).



يحد المقاوم في هذه الدائرة من تيار الشحن / التفريغ لقدرات المدخلات ، بالإضافة إلى ذلك ، لن يسمح المقاوم المحدد بشكل صحيح للمفتاح بفتحه تلقائيًا ، والذي يمكن أن يحدث أحيانًا بسبب التغير السريع في الجهد عند أطراف الطاقة بالمفتاح ، على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث هذا عندما يكون للجسر المجاور طوبولوجيا نصف جسر يفتح المفتاح. في هذه الحالة ، القدرة $$$C_ {ge}$ يتم إعادة شحن التيار المتدفق عبر المقاوم البوابة ويتسبب في انخفاض الجهد ، والتي يمكن أن تفتح المفتاح. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تنخفض عتبة فتح المفتاح بشكل كبير مع زيادة درجة حرارة بلورات أشباه الموصلات.

ما تحتاج إلى معرفته وكيفية اختيار المقاوم "الصحيح"

1. أقصى تهمة سائق / التفريغ الحالي

أي microcircuit سائق لديه معلمة مثل الحد الأقصى الانتاج الحالي. إذا تجاوزت البوابة الحالية عند فتح / إغلاق المفتاح الحد الأقصى الحالي للإخراج ، فقد يفشل برنامج التشغيل ، وبالتالي ، في هذه الحالة ، فإن مقاوم البوابة سوف يحد من خرج التيار لبرنامج التشغيل.

يمكنك عمل نموذج دارة مكافئ ، لحساب القيمة المطلوبة للمقاوم:



بعد الاستدلالات البسيطة ، يمكننا الحصول على صيغ لحساب برنامج التشغيل الحالي ، واختيار المقاوم بوابة حتى لا تتجاوز الحد الأقصى المسموح به من المعلمات سائق:

$$

$$I_ {g.chrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.ON} + R_g} ،$$

$$

$$I_ {g.dischrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.OFF} + R_g}.$$

2. تبديد الطاقة

أيضا ، واحدة من الوظائف المهمة للمقاوم البوابة هي تبديد قوة مرحلة الإخراج من الدائرة الكهربائية سائق. وفقًا للنموذج أعلاه ، يمكن حساب تبديد الطاقة باستخدام الصيغ التالية:

$$

$$P_ {g.chrg} = \ frac {Q_g} {2} \ cdot (V_ {CC} -V_ {EE}) \ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ {drv.ON}} {R_ { drv.ON} + R_g} ،$$

$$

$$P_ {g.dischrg} = \ frac {Q_g} {2} \ cdot (V_ {CC} -V_ {EE}) \ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ {drv.OFF}} {R_ { drv.OFF} + R_g}.$$

هنا $$$Q_g$ - مصراع المسؤول عن المفتاح ، و $$$f_ {sw}$ - تبديل التردد.
بعد حساب واختيار المقاوم ، من المهم أن نلاحظ الحالة التالية:

$$

$$P_ {g.chrg} + P_ {g.dischrg} + P_ {drv} <P_ {drv.MAX} ،$$

حيث $$$P_ {drv}$ - استهلاك السائق الخاصة.

لا تزال هناك ملاحظة صغيرة ، في معظم أوراق البيانات تشير المفاتيح إلى شحن الغالق في ظروف معينة ، على سبيل المثال ، مع فولطية التحكم في الغالق + 15V ... -15V ، إذا كانت دائرتك تحتوي على فولطية تحكم مختلفة ، على سبيل المثال + 15V ... 0V ، أو +15 ... -8V ، وهو ما يكفي لتحديد بدقة مصراع مصراع سيساعد العلاقات التالية:

$$

$$Q_ {g (0 ... 15V)} = 0.6 \ cdot Q_g،$$

$$

$$Q_ {g (-8V ... 15V)} = 0.75 \ cdot Q_g.$$

3. تشغيل السرعة والتوافق الكهرومغناطيسي

دعونا ننظر في تبديل الخسائر كدالة لمقاومة المقاوم البوابة. سآخذ المفتاح الذي استخدمته مؤخرًا في مشروعي الصغير - IKW40N120 من المفضلة في Infineon:



كما ترون ، كلما زادت مقاومة الغالق ، تقل سرعة التبديل وزادت خسائر التحويل. وفقًا لذلك ، سيؤثر هذا على كفاءة النظام ككل. على العكس من ذلك ، إذا قمت بتطبيق مقاومة مصراع أقل ، فسوف يصبح التبديل أسرع وستقل الخسائر ، لكن الضوضاء الناتجة عن الزيادة السريعة في التيار والجهد ستزداد ، مما قد يكون حرجًا عندما تحتاج إلى تلبية متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي ، لذلك ، يجب عليك اختيار مقاومة المصراع .

4. نفس إدراج "زائف"

في البداية ، عندما كتبت عن وظائف مقاوم البوابة ، ذكرت إمكانية تشغيل المفتاح تلقائيًا. لمنع حدوث ذلك ، يمكنك حساب الجهد الذي قد يظهر على بوابة الترانزستور ، والنظر في الصورة أدناه وكتابة صيغتين صغيرتين:

$$

$$I_ {dischrg} = C_ {gc} \ cdot \ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t} V_ {ce} ،$$

$$

$$U_g = I_ {dischrg} \ cdot (R_g + R_ {drv.OFF}).$$

ولا تنسَ أن جهد فتح المفتاح يعتمد بشدة على درجة حرارة البلورة ، وهذا يحتاج أيضًا إلى أخذه في الاعتبار.

استنتاج

الآن لدينا صيغ للاختيار الأمثل (إلى حد ما) للوهلة الأولى لمثل هذا العنصر البسيط في دائرة الطاقة مثل المقاوم البوابة.

من المحتمل أنك لم تجد شيئًا جديدًا هنا ، لكنني آمل أن تكون هذه الملاحظة مفيدة على الأقل لشخص ما.

أيضًا ، من أجل توسيع آفاقي ، بما في ذلك في مجال إدارة مفتاح التشغيل ، أنصحك بشدة بتخصيص ساعة أو ساعتين أسبوعيًا لقراءة جميع أنواع المقالات والتعليقات التوضيحية من الشركات المصنعة البارزة لإلكترونيات الطاقة ، وخاصة حول استخدام رقائق السائقين. أنا متأكد من أنك ستجد الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام هناك. للبدء ، وللتعمق في هذا الموضوع ، أقترح هذا الموضوع .

شكرا للقراءة!