corelatie curent poarta-drena la MOSFET

[XAN77]

Daca nu am studii in domeniu, astfel de lacune teoretice devin enervante si ca autodidact de cele mai multe ori apuc calea cea mai complicata, incurcata in care renunt pe parcurs. Da sa revin la subiect.Inteleg ca un mosfet se comanda in tensiune si nu in curent, totusi din diverse aplicatii practice deduc ca este necesar un curent totusi maricel in poarta pentru conductii ferme drena-sursa, respectiv timpi minimi de comutare (un mosfet final dintr-o smps nu ar duce 100W daca ar primi in poarta 1mA). Din cate am mai citit am inteles ca fenomenul vine de la capacitatea interna a mosfet-ului, care difera la cei de mare putere fata de cei slabi. Dar sunt niste parametiri in datasheeturi care nu ii cunosc. De exemplu ma uit la un BS170, putere mica, unde la capacitatea la 1MHz sunt 3 parametrii Ciss, Cos si Crs cu valori diferite de 25, 22 respectiv 6pF si nu stiu ce inseamna acei parametrii. Revin la intrebarea topicului: Cum pot afla ce curent e necesar in poarta pentru a ma baza pe un anume curent in drena? deoarece e totusi o legatura intre ele. Poate la un curent necesar in drena de 100mA (un releu) o ajunge 1uA in poarta, dar la 10A(becuri far auto) in drena curentul in poarta probabil nu mai poate fi asa infim.Nu intamplator am postat la incepatori, ma repet spunand ca nu am studii in domeniu sunt doar un hobbyst deci nu dati cu pietre si ma trimiteti la scoala. Poate imi explica cineva asa pe intelesu meu, asa ca la bizoni

[Marian]

La tranzistorii mosfet nu se aplica ideea de proportionalitate dintre curentul Drena-Sursa si Grila/Poarta asa cum este vorba la Bipolari, tranzistorul Mosfet nu are nevoie de un anumit curent ca sa conduca la maximul de potential pe canalul DS, ci are nevoie de o anumita tensiune in poarta, in pdf-uri se poate gasi notiunea de Vth-Voltage threshold, care este pragul minim de tensiune necesar in poarta de la care un mosfet conduce, asadar indiferent ce curent aplici in poarta unui mosfet daca ai depasit pragul minim de tensiune necesar tipului respectiv de mosfet atunci acesta va conduce la maximul de potential, reciproca este deasemenea valabila, indiferent cat de mare este curentul in grila mosfetului daca tensiunea aplicata este sub pragul necesar atunci mosfetul va fi blocat, sau in cel mai bun/rau caz in semiconductie.

 

Concluzionand se poate deci spune ca singurul scop al curentului in poarta mosfetilor este timpul cat mai bun de comutatie, orice mosfet are o capacitate de intrare-Ciss, aceasta trebuie incarcata cat se poate de rapid pentru timpi de comutatie cat mai buni.

[XAN77]

stiu ca in teorie nu ar fi o corelatie intre cei 2 curenti ca ar fi reglementata in cataloage, dar in practica se pare ca conteaza curentul din poarta tocmai datorita acelor timpi necesari a fi foarte mici, mai ales la comutari rapide de mare putere. Dar intrucat lacunele mele teoretice sunt extinse nu stiu sa calculez/aflu ce curent este necesar ca sa incarc acea capacitate interna Ciss de 25pF tipic (40pF maxim) la BS170 intrun anumit timp rezonabil (nS/uS!); desi cu acel tranzistor nu voi comuta puteri mari ca nu se poate, intreb asa pur teoretic.

[Vizitator]

În regim static, prin poarta nu trece curent. Contează doar tensiunea Vgs. Teoretic, Rgs este infinită.

 

Tensiunea Vgs dictează curentul Ids.

Problema este că poarta MOSFET-ului se comportă ca un condensator.

 

Dacă vrei să schimbi tensiunea la bornele unui condensator, trebuie să îl încarci/descarci până ajunge la tensiunea dorită. Când încarci/descarci un condensator (adică variezi tensiunea la bornele lui), prin acel condensator trece curent. Dacă ai tensiune constantă la bornele condensatorului, nu mai trece curent prin el.

 

La fel e şi cu poarta MOSFET-ului. Pe tine, de fapt te interesează doar tensiunea Vgs, nu curentul Igs, dar ca să schimbi tensiunea, trebuie să încarci/descarci capacitatea parazită a porţii. Asta înseamnă curent prin grilă. Cu cât schimbarea de tensiune Vgs este mai abruptă, cu atât curentul Igs este mai mare.

 

Ca să calculezi corect, e foarte complicat. Trebuie să ţii cont de schema echivalentă completă.

În realitate apar mai multe capacităţi parazite, nu doar Cgs, parametrii din catalog nu sunt constanţi, ei se modifică în funcţie de punctul de funcţionare al tranzistorului, temperatură, etc., contează şi rezistenţa internă a sursei care comandă poarta, la frecvenţe mari contează inductanţele parazite, etc. Pe scurt, să calculezi teoretic, e foarte complicat.

 

În practică, poţi aproxima ţinând cont numai de parametrii semnificativi.

 

De fapt, ce vrei să calculezi, cum arată schema şi la ce vrei să o foloseşti?

[XAN77]

nu am nimic concret de facut. Am urmarit topicul de la Atmel, respectiv Cuplare un releu la un pin out. Initiatorul prezenta niste metode de conectare a unui releu printrun bipolar si cerea indicarea variantei optime. Un coleg a indicat sa foloseasca mosfet ca ar papa cel mai putin curent din mcu. De aici mi-a plecat gandu cu sorcova. Stiu in ce consta avantaju mosfetului dar stiu si ca in smps-uri curentul trebuie sa fie totusi marisor si pe poarta. Desi nu am nimic concret de facut ma rodea chestia asta ca nu stiam fenomenul. Recunosc ca folosesc foarte rar mosfet, din obisnuinta. Acum am priceput ca capacitatea interna a tranzistorului e problema, care fiind mai mare la mosfetii de mare putere, necesitand timp pentru incarcare/descarcare necesita astfel si ceva curent. Mai deduc ca asta e o problema la surse in comutatie unde se lucreaza la frecvente si curenti mari fiind necesare tranzitii abrupte. La comutarea unor consumatori banali (releu, coolere, becuri etc) nu mai conteaza asa mult acel timp si nu mai trebuie sa se tina cont neaparat de acea capacitate. Deci va fi deajuns un curent f mic in poarta, contand DOAR tensiunea.

[Marian]

Tranzistorii mosfet prin constructia lor au poarta izolata electric de canalul DS astfel incat consumul in curent pe poarta este insignifiant, asta este unul din avantajele majore ale mosfeturilor, in etaje de mare putere relativ indiferent de cate perechi de mosfeti sunt folosite in paralel pentru a conduce maximul de potential este suficient sa se depaseasca pragul necesar de tensiune in poarta si un curent minim necesar invingerii capacitatii de grila, spre deosebire de bipolari care ar necesita un curent mare ( chiar foarte mare ) in baza pentru a asigura curentul de colector/emitor necesar ( in functie de schema si/sau montaj ), un alt avantaj al mosfetilor este rapiditatea lor, au timpi de comutatie mult mai buni fata de bipolari, dar acesti timpi depind chiar de acel curent cu care se incarca grila, personal nu ma feresc sa recunosc faptul ca nu cunosc foarte bine metodologia necesara de calcul exact al acestui curent, dar gandesc ca totusi n-are de ce sa fie atat de complicat ca pana la urma extrapoland ajungi la banala retea RC, la incarcarea unui condensator cu ajutorul unei rezistente dintr-o sursa de tensiune fixa, analogia desi poate parea deplasata, pana la urma cred eu ca despre asta este vorba...in fine nu mai conteaza ce cred eu, conteaza insa ca spre exemplu in audio pentru etajele finale cu mosfet se vorbeste de un curent livrat chiar de catre VAS de ordinul zecilor de mA maxim, asadar nu se folosesc etaje pilot, in comutatie in schimb este nevoie de un curent mai mare deoarece cu cat timpul de incarcare al capacitatii Ciss este mai lung cu atat stresul si implicit energia disipata pe tranzistor este mai mare, apare asazisa deformare a undei care in functie de topologie este mai mult sau mai putin grava, solutia sunt uneori CI-urile driver, alteori montajul numit Totem-Pole format din 2 bipolari NPN+PNP pentru a suplimenta curentul.PS: Sper sa te fi ajutat cumva lunga mea postare. :nas:LE: Sapand putin prin gradina lui nea gogu' am gasit pdf-ul asta, poate te ajuta:

[XAN77]

pai deja ma simt mai bine ca nu sunt singuru Va multumesc pentru informatii, ceva lumina se facu. Interesanti mosfetii astia, ar trebui sa-i folosesc mai mult.L.E. foarte bun AN-ul, multumesc.

[Marian]

pai deja ma simt mai bine ca nu sunt singuru

Stai calm ca nimeni nu s-a nascut invatat, sunt destui cei care au aceeasi dilema ca si tine ( sunt convins de asta ) insa nu au curajul sa intrebe desi nu vad nici o problema in a recunoaste limitele proprii si a cere ajutor in a le depasi, dar in fine.,. PS: Daca ar fi sa facem un soi de analogie pentru o oarece comparatie intre mosfeti si bipolari ar fi cam asa, bipolarii necesita mai mult hardware, iar mosfetii mai mult software...sau poate ca analogia mea e total aiurea

[Vizitator]

...Un coleg a indicat sa foloseasca mosfet ca ar papa cel mai putin curent...

Pentru un releu, aşa este. Pentru altceva, poate ajunge să consume mai mult decât suportă microcontroller-ul.

 

MOSFET-ul consumă curent doar la comutare din 0 în 1, sau din 1 în 0. În rest, nu consumă deloc. Chiar şi la comutare, curentul prin grilă este acelaşi, indiferent că are în drenă o bobină de releu de 10 mA, sau un electromagnet de 100 A. Sarcina MOSFET-ului nu contează.

 

Ca să fac o analogie, imaginează-ţi un întrerupător mecanic şi un bec.

Forţa cu care apăs pe buton este aceeaşi, indiferent de puterea becului comandat. Dacă vreau să comute mai repede, trebuie să acţionez butonul mai rapid, deci îmi trebuie o forţă mai mare. Forţa de apăsare (forţa ~ Igs) depinde doar de modelul întrerupătorului (tăria arcului ~ Cgs) şi de viteza cu care vreau să-l trec dintr-o stare în alta (viteza de comutare ~ viteza de variaţie a tensiunii Vgs). În rest, dacă becul e aprins sau stins, contează doar de poziţia butonului (poziţia ~ Vgs).

 

La sursele în comutaţie se fac foarte multe comutări pe secundă. Din cauza asta, trecerile din 0->1 sau din 1->0 nu pot fi oricât de lungi. În afară de frecvenţa de lucru, mai apare o constrângere şi mai puternică: pe perioada în care MOSFET-ul face tranziţia dintr-o stare în alta, rezistenţa lui (Rds) apare ca fiind înseriată cu sarcina. Din cauza asta, când este în tranziţie, pe Rds se disipă o putere foarte mare comparativ cu perioada în care tranzistorul este complet închis sau complet deschis. Din cauza asta, tranziţiile trebuie să fie FOARTE scurte, altfel se încinge MOSFET-ul şi se arde. Ca să obţii tranziţii cât mai scurte, ai nevoie de o treaptă foarte abruptă de tensiune pe condensatorul Cgs. Variaţie bruscă de tensiune pe un condensator, înseamnă curent mare prin acel condensator. Aşa se explică de ce la sursele în comutaţie apar curenţi mari prin grilă.

 

Sarcina nu contează, contează doar viteza cu care se fac tranziţiile şi numărul de comutaţii pe secundă.

[Marian]

...MOSFET-ul consumă curent doar la comutare...

Avand in vedere faptul ca este sectiunea incepatorilor imi permit sa fac o corectie referitor la afirmatia de mai sus care mi se pare eronata,Mosfetul in sine nu consuma nimic, curentul respectiv este util doar incarcarii capacitatii dar este impropriu spus ca un Mosfet consuma un anumit curent devreme ce poarta sa este electric izolata de canalul de conductie nu exista un circuit inchis care sa consume curent, este bine sa nu se faca confuzii. Oricum documentul postat de mine sunt convins ca este suficient pentru a lamuri aspectul discutat la aceasta tema.

[Vizitator]

cautati slup169 si vedeti mai detaliat ce se intampla

revin:mai clara documentatia de la IR

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf

vezi fig 2

[Vizitator]

Mosfetul in sine nu consuma

"Consumă" curent este folosit cu sensul de "circulă", la fel cum, de exemplu, se obişnuieste să se spună că montajul "consumă" 100mA, cu toate că miliamperii aceia nu se "consumă". Cât timp alimentăm montajul la tensiunea corectă, cei 100mA rămân 100 la nesfârşit. Ei nu se consumă precum benzina dintr-un rezervor. Cu toate astea, se obişnuieşte să se spună că montajul "consumă" 100mA.Ca să nu mai fie loc de interpretări, în loc de"MOSFET-ul consumă curent..."rog a se citi"Prin grila unui MOSFET circulă sarcini electrice..."

[Marian]

Ideea de circulare a unui anumit curent ( consum ) sugereaza un circuit inchis care sa provoace acel consum, ori izolatia grilei evidentiaza faptul ca vorbim despre un circuit deschis prin care nu poate circula curent, curentul incarca capacitatea parazita dar nici aceasta nu il cosuma ( cum ar face spre exemplu o rezistenta ) ci stocheaza energia, se incarca acel condensator pana la tensiunea din comanda moment la care mosfetul se deschide complet, logic cu cat curentul este mai mare cu atat capacitatea va fi incarcata mai rapid si evident mosfetul se va deschide complet mai rapid, curentii necesari pentru a incarca aceste capacitati pot fi uneori destul de mari si totusi CI-urile driver sau tranzistoarele pilot ( totem pole spre exemplu ) nu folosesc radiatoare, si asta deoarece nu se consuma acel curent ci se incarca o capacitate cu el. Asta este motivul pentru care mi-am permis sa fac acea corectie cu tot respectul cuvenit unui moderator bineinteles.

[XAN77]

am inteles care e fenomenul, dar la cum stiu eu sa ma uit pe formulele astea din documentatii, nu reusesc sa clarific ce formula trebuie sa aplic pentru un exemplu concret. Daca poate cienva sa indice niste exemple concrete ar fi minunat.De exemplu pentru tranzistorul BS170.Conform datasheet Ciss=25pF, zic ei maxim 40pF. Sa consideram 40pF (scenariul cel mai rau).Conform documentatiei pusa de dl. Miticamy Ciss=Cgs+Cgd (capacitatile grila-sursa si grila-drena).Vreau sa stiu sa calculez timpul in care Ciss se incarca complet cu un curent dat, de exemplu 1mA (momentul in care tranzistorul e complet ON si poarta nu mai suge curent).In documentatie face referire la un alt parametru Gate Charge, neprezent in datasheet-ul lui BS170 dar prezent teoretic in altele, care ar fi, cum pricep eu, timpul in care se incarca Cgs, Cgd pana la momentul in care Vgs este egala cu cea nominala a sursei cu care s-a alimentat poarta. Si da si un exemplu de calcul simplist (tare as vrea sa fie asa simplu):Forexample, a device with a gate charge of20nC can be turned on in 20µsec if 1ma issupplied to the gate or it can turn on in20nsec if the gate current is increased to1A.De fapt e rezultatul unui calcul, nu calculul propriu-zis.Pe cat de simplu pare, nu am inteles cum reproduc si eu la tranzistorul susmentionat pentru diversi curenti.

[Vizitator]

@marian:trebuie sa accepti ca lucrurile sant mai complicate decat le prezintinu ati avut nici o reactie la documentatia recomandata de mine;in a doua se spune clar:timpul de incarcare pt capacitatea MILLER este mai mare decat pt capacitatea poarta-sursa datorita modificarii rapide a tensiunii in drena intre t2 si t3(curentul =C dv/dt)voi ati discutat numai de capacitatea poarta-sursaiar afirmatia ca etajul final al integratului de comanda nu se incalzeste pt ca nu se consuma curentul ce trece prin el deoarece incarca o capacitate este poezie; deja parca ai dat niste calitati "umane" unui tranzistor,acesta decizand cu de la sine putere sa nu disipe energie cand este parcurs de curent pt ca acel curent are o misiune "nobila", el va incarca un condensator si nu va efectua deci o misiune ordinara cum ar fi parcurgerea unui rezistorcurentul(deplasarea ordonata a sarcinilor electrice) va produce acelasi efect prin tranzistor indiferent de destinatia sa:aprinde un bec,incarca un acumulator,incarca un condensatorfaptul ca nu consuma acel curent poate fi evidentiat prin aprinderea unui bec conectat la un condensator incarcat,actiune desigur ulterioara incarcarii;tranzistorul care intermediaza incarcarea condensatorului va disipa energie chiar daca condensatorul este ideal si ne va da inapoi toate sarcinile acumulateintre timp a postat XAN77tot in documentatia 2 scrie:deoarece Q=CV si I=Cdv/dt, Q=Time x current, timpul x curent