¿Cómo diseñar el valor de resistencia de puerta?

Esta es la hoja de datos del controlador IC en el que estoy trabajando (LM5112).

El siguiente es el diagrama de aplicación del módulo.

Básicamente este es el circuito del controlador GATE para el MOSFET con señal PDM como entrada. Estoy buscando cómo calcular el valor de la resistencia de entrada MOSFET (R3)?

Voltaje de entrada MOSFET (VDS) = 10V La potencia de salida requerida es 200W.

Preguntas:

1) ¿Cómo calcular la resistencia de entrada MOSFET?

2) ¿Cuáles son los factores que afectan el cálculo de la resistencia de entrada MOSFET?

3) ¿Cuál será el valor máximo y mínimo de resistencia posible y el efecto en el circuito si el valor de la resistencia cambia (aumenta o disminuye)?

Avíseme si necesita más información.

Si seleccionó este controlador, que tiene una gran corriente de salida (7A), supongo que necesita esta corriente de unidad de puerta para cambiar un FET muy grande muy rápido.

La resistencia de la compuerta solo ralentizará las cosas al reducir la corriente de accionamiento de la compuerta, por lo que su valor óptimo es cero ohmios. Su valor máximo depende de pérdidas de conmutación aceptables (la conmutación más lenta provoca más pérdidas de conmutación).

Sin embargo, la resistencia de compuerta todavía puede tener usos:

• Reduzca la velocidad de la conmutación para reducir la EMI. Pero en este caso, también puede usar un controlador más débil (más barato).
• Reduzca el pico actual extraído del suministro durante el encendido MOSFET. Si el desacoplamiento local no es lo suficientemente bueno, esta corriente podría hacer que el VCC se hunda, disparando el UVLO del chip. Afortunadamente, el pinout del chip hace que sea fácil lograr un desacoplamiento de baja inductancia.
• En caso de que el diseño sea subóptimo con una traza de puerta larga. Esto agrega inductancia en la puerta que puede hacer que el MOSFET se oscile. Una resistencia amortiguará las oscilaciones, a costa de una conmutación más lenta. Esto es un poco una curita, es preferible un diseño ajustado.

Aconsejaría poner una huella de resistencia por si acaso, y comenzar con un puente 0R.

Comprender la puerta de un mosfet

Los MOSFET son dispositivos notables que proporcionan muchos beneficios cuando se manejan varias cargas. El hecho de que estén controlados por voltaje y que, cuando están encendidos, tienen resistencias muy bajas, los convierte en el dispositivo elegido para muchas aplicaciones.

Sin embargo, cómo funciona realmente la puerta es probablemente una de las características menos entendidas para muchos que serían los diseñadores.

Veamos tu típico circuito MOSFET.

NOTA: Aquí solo voy a ilustrar los dispositivos de N-Channel, pero P-Channel funciona con los mismos mecanismos.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{simular este circuito}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

Para complicar aún más las cosas, esas capacidades no son constantes y cambian según los voltajes aplicados. Un ejemplo típico se muestra a continuación.

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

NOTA: Es posible usar dos resistencias de compuerta, con diodos asociados si los límites de fuente y sumidero son diferentes en el controlador, o si es necesario afilar los bordes de encendido o apagado.

Tiempo lo es todo

Ok, ahora quizás puedas ver por qué la resistencia de la compuerta es importante. Sin embargo, ahora debe comprender las implicaciones de tener esa resistencia de compuerta y qué sucede si es demasiado grande.

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

Analicemos este simple circuito.

Aquí he elegido un MOSFET típico que tiene una resistencia de entrada de alrededor de 2.5 ohmios. Con el drenaje en cortocircuito al suelo como se muestra arriba, las siguientes trazas se pueden trazar en el borde ascendente de los pules.

$R_{Gate}$

El borde descendente del pulso es, como es lógico, similar.

Ok, entonces apliquemos un voltaje pequeño, 1V, a la puerta, con una resistencia de carga de 1 Ohm.

Hay tres cosas que debe tener en cuenta en los rastros anteriores.

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. Si tiene un ojo de águila, también puede notar una ligera desviación en I (R_GATE) cuando se enciende el MOSFET.

Ok, ahora déjame mostrarte un voltaje más realista con 10V y 10 Ohms en la carga.

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

En este punto, algo debería haberte hecho evidente. Es decir...

¡El retardo de encendido está cambiando con el voltaje de carga!

$C_{GD}$

Vamos a subirlo al máximo que este dispositivo puede manejar, 300V, aún con 1A de carga.

Observe que la mancha plana ahora es MUY larga. El dispositivo permanece en modo lineal y tarda mucho más en encenderse por completo. De hecho, tuve que ampliar la base de tiempo en esta imagen. La corriente de la puerta ahora se mantiene durante alrededor de 6uS.

Mirando el tiempo de apagado es aún peor en este ejemplo.

$C_{GD}$

Esto significa que si está modulando la potencia a una carga, la frecuencia con la que puede manejarla depende en gran medida del voltaje que está cambiando.

Qué tipo de trabajo funciona a 100Khz a 10V ... con una corriente de puerta promedio de aproximadamente 400mA ...

No tiene esperanza a 300V.

A estas frecuencias, la potencia disipada en el MOSFET, la resistencia de la puerta y el controlador probablemente será suficiente para destruirlos.

Conclusión

Además de los simples usos de baja frecuencia, ajustar MOSFETS para trabajar a voltajes y frecuencias más altas requiere una cantidad considerable de desarrollo cuidadoso para extraer las características que pueda necesitar. Cuanto más alto vayas, más potente debe ser el controlador MOSFET para que puedas usar la menor resistencia posible.