Resistor di sirkuit gerbang atau cara melakukannya dengan benar

Hari baik untuk semua!

Artikel singkat ini mungkin akan menjadi lembar contekan untuk pengembang pemula yang ingin merancang sirkuit kontrol sakelar semikonduktor daya yang andal dan efektif, memperbarui dan menyegarkan kembali pengetahuan lama para spesialis berpengalaman, atau mungkin menggaruk tempat memori pembaca setidaknya di suatu tempat.

Saya akan sangat senang dengan semua kasus ini.

Pada artikel ini saya akan mencoba menjelaskan pertanyaan paling umum tentang pemilihan resistor gerbang untuk perangkat elektronik daya. Ini didasarkan pada pengetahuan yang saya peroleh dari berbagai literatur, catatan dari TOSHIBA, Infineon, Texas Instruments, serta dari praktik sederhana. Perlu dicatat bahwa informasi ini tidak memberikan rekomendasi universal langsung untuk setiap tombol daya. Namun demikian, adalah mungkin untuk menganalisis asumsi apa yang penting dan apa pengaruhnya terhadap pemilihan resistor gerbang untuk transistor daya diskrit, serta untuk modul daya.

Dasar-dasarnya

Gerbang resistor terletak di sirkuit antara driver dari transistor daya dan gerbang transistor itu sendiri, seperti yang ditunjukkan pada gambar di header artikel.

Kunci bidang terbuka atau tertutup (IGBT / MOSFET) tergantung pada tegangan yang diterapkan ke gerbang. Perubahan tegangan ini mengisi atau melepaskan kapasitansi gerbang perangkat daya, yang terdiri dari kapasitas gerbang-pengumpul $$$C_ {gc}$ dan pemancar rana $$$C_ {ge}$ dan kapasitas rana kecil itu sendiri. Biaya kapasitas input kunci akan menyalakannya (saat ini $$$I_ {g.chrg}$ ), dan debit akan mati (saat ini $$$I_ {g.dischrg}$ )



Resistor dalam rangkaian ini membatasi arus pengisian / pengosongan dari kapasitas input, di samping itu, resistor yang dipilih dengan benar tidak akan membiarkan kunci terbuka secara spontan, yang kadang-kadang dapat terjadi karena perubahan cepat pada tegangan pada terminal daya kunci, misalnya, ini dapat terjadi ketika jembatan yang berdekatan memiliki topologi setengah-jembatan kunci terbuka. Dalam hal ini, kapasitas $$$C_ {ge}$ Arus yang mengalir melalui resistor gerbang diisi ulang dan menyebabkan penurunan tegangan, yang dapat membuka kunci. Selain itu, ambang pembukaan kunci sering turun secara signifikan dengan meningkatnya suhu kristal semikonduktor.

Apa yang perlu Anda ketahui dan bagaimana memilih resistor "benar"

1. Biaya driver / debit maksimum saat ini

Microcircuit driver apa pun memiliki parameter seperti arus keluaran maksimum. Jika gerbang saat ini membuka / menutup kunci melebihi arus output maksimum, pengemudi mungkin gagal, oleh karena itu, dalam hal ini, resistor gerbang akan membatasi arus keluaran pengemudi.

Anda dapat membuat model rangkaian ekivalen, untuk menghitung nilai resistor yang diperlukan:



Mengikuti kesimpulan sederhana, kita dapat memperoleh formula untuk menghitung arus driver, dan memilih gate gate agar tidak melebihi parameter driver maksimum yang diijinkan:

$$

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

$$

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

2. Pemborosan daya

Juga, salah satu fungsi penting dari resistor gerbang adalah untuk menghilangkan kekuatan tahap output dari driver mikro. Menurut model di atas, disipasi daya dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

$$

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

$$

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

Di sini $$$Q_g$ - biaya rana tombol, dan $$$f_ {sw}$ - frekuensi switching.
Setelah menghitung dan memilih resistor, penting untuk mengamati kondisi berikut:

$$

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

dimana $$$P_ {drv}$ - Konsumsi pengemudi sendiri.

Masih ada catatan kecil, di sebagian besar lembar data tombol menunjukkan biaya rana dalam kondisi tertentu, misalnya, dengan tegangan kontrol rana + 15V ... -15V, jika sirkuit Anda memiliki tegangan kontrol yang berbeda, misalnya + 15V ... 0V, atau +15 ... -8V, cukup untuk menentukan biaya rana secara akurat akan membantu hubungan berikut:

$$

$$Q_ {g (0 ... 15V)} = 0,6 \ cdot Q_g,$$

$$

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

3. Kecepatan nyalakan dan kompatibilitas elektromagnetik

Mari kita pertimbangkan mengganti kerugian sebagai fungsi dari tahanan gerbang. Saya akan mengambil kunci yang baru-baru ini saya gunakan dalam proyek kecil saya - IKW40N120 dari favorit Infineon:



Seperti yang Anda lihat, saat resistensi rana meningkat, kecepatan switching menurun dan kerugian switching meningkat. Dengan demikian, ini akan mempengaruhi efisiensi sistem secara keseluruhan. Sebaliknya, jika Anda menerapkan resistansi rana yang lebih rendah, pergantian akan menjadi lebih cepat dan kehilangan akan berkurang, tetapi kebisingan yang disebabkan oleh peningkatan arus dan tegangan akan meningkat, yang dapat menjadi kritis ketika Anda harus memenuhi persyaratan kompatibilitas elektromagnetik, oleh karena itu, Anda harus memilih resistansi rana dengan sangat hati-hati. .

4. Inklusi “palsu” yang sama

Pada awalnya, ketika saya menulis tentang fungsi resistor gerbang, saya menyebutkan kemungkinan kunci menyala secara spontan. Untuk mencegah hal ini terjadi, Anda dapat menghitung tegangan yang mungkin muncul di gerbang transistor, lihat gambar di bawah ini dan tuliskan dua rumus kecil:

$$

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

$$

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

Dan jangan lupa bahwa voltase pembuka kunci sangat tergantung pada suhu kristal, dan ini juga perlu diperhitungkan.

Kesimpulan

Sekarang kita memiliki formula untuk pemilihan optimal (sampai batas tertentu) sekilas elemen sederhana dari rangkaian daya sebagai resistor gerbang.

Mungkin saja Anda belum menemukan sesuatu yang baru di sini, tetapi saya harap setidaknya orang ini akan berguna.

Juga, untuk memperluas wawasan saya, termasuk di bidang manajemen kunci daya, saya sangat menyarankan Anda untuk mencurahkan satu atau dua jam seminggu untuk membaca semua jenis artikel dan catatan dari produsen elektronik daya terkemuka, terutama tentang penggunaan chip driver. Saya yakin Anda akan menemukan banyak hal menarik di sana. Untuk memulai, dan mempelajari lebih dalam topik ini, saya sarankan yang ini .

Terima kasih sudah membaca!