Mosfet Gate direnci ve akımı nasıl hesaplanır?

[Endorfin35+]

Bu başlık altında mosfet ile ilgili kafamdaki sorulara yanıt bulmaya çalışacağım.

Örnek Mosfet : IRF540
datasheet : https://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf


Lineer bölgede ne kadar az vakit geçirir isek mosfet üzerinde harcanan enerji o kadar az olacak ve mosfet daha az ısınacaktır.

1 Khz kare dalga ile anahtarlama yaptığımızı düşünelim.

1 Khz => Periyot 1ms => 500us on 500us off zamanı olduğunu görüyorum.

( 1 saniye = 1000 milisayine, 1 milisaniye = 1000 mikrosaniye, 1 mikrosaniye = 1000 nanosaniye )

OFF durumundan ON durumuna geçerken ne kadar zaman geçiyor?

Tabloda bu süreler ve ilişkili koşullar verilmiş.

Tablodaki süreleri yuvarlayıp abartarak toplam rise+fall time ı 500ns kabul ediyorum. Bu yuvarlama ile ON süresinin %0,1 'i lineer bölgede geçiyor.

%0,1 bence iyi bir değer (bence neden iyi bilmiyorum gözüme ufak bir kayıp gibi görünüyor )

Vgs : 10V
Rg:9.1Ohm

olduğuna göre Ig = 10V / 9.1Ohm =~ 1,1A Peek yapan bir gate akımı gerekli olduğunu görüyorum.


Soru 1 : Rg daha düşük seçilerek daha yüksek Gate akımı ile işlem yapılabilir mi? bu iş en son nereye dayanır? Yada tabloda olduğu gibi datasheet te verilen değerler ideal en düşük değerler midir? öyle ise irf540 için Max gate akımı 1,1A dir denebilir mi?

Soru 2 : Lineer bölgede geçirilecek zaman belirlenip hesaplamalar yapılır iken bu süre nasıl seçilir? Hedef nasıl belirlenir?

 

[ismaily]

Daha yüksek gate akımı olabilir, tabiiki mosfet sürücü destekliyorsa.
Anahtarlama anında gate kapasitesi boş veya negatif gerilimde iken hiç gate direnci kullanılmaz ise mos sürücü çıkışını anlık kısa devre etmiş oluruz. Yani direncin min değeri sürücünün max (peak) akımına uygun seçilmeli.

Ayrıca yükün endüktif vb. olması durumunda snubber üzerinde harcanan gücü azaltmak (mos üzerinde harcamak) için bilinçli olarak daha yavaş anahtarlama da yapılabilir.

Bir diğer konu da, eğer sürücü ve mos arasında uzun yol-kablo vs olması durumunda oluşacak endüktans ile gate kapasitesi rezonans devresi gibi davranabilir, ve gate bacağında çınlama-osilasyon yapabilir. Gate direncinin bir diğer fonksiyonu da bu çınlamayı engellemek.

 

[taydin]

O mosfet için gate eşik voltajı 2 V - 4 V arasında (minimum, tipik). Gate kapasitesi de 1.7 nF olarak verilmiş. Bu durumda gate eğer 10 Ω ile sürülürse, zaman sabiti:

[math]\tau = RC = 10 \times 1.7 \times 10^{-9} = 17\ ns[/math]
Yani sen 10 Ω direnç üzerinden bu gate'e 10 V verirsen, 17 ns den önce gate eşik voltajı geçiliyor. Bu durumda belirleyici olan turn on delay ve rise time oluyor.

 

[Endorfin35+]

Tam olarak anladığımı söyleyemem. Biraz anladım ama

Peki o zaman şöyle sorayım,

Elimdeki bir kartı inceliyor ve bir benzerini yapmak istiyorum. Gate Sürücüsü 12V / 2.5A çıkış kapasiteli. Gate direnci olarak 330R kullanılmış.

12/330 = 0,036 = 36ma şarj akımı çekildiğini hesaplıyorum. Oradaki diyot olmasaydı kafam hiç karışmazdı. 2.5A lik sürücüye ne gerek var derdim 200ma lik sürücüyü yapıştırır geçerdim... Benim amacım daha düşük akımlı bir sürücü kullanabilirmiyim diye olayı irdelemek.

Ancak, Diyot sayesinde gate deşarjının daha hızlı olması hedeflenmiş.

4148 için değerler ;

diyot üzerinden geçen deşarj peek akımını hesaplamanın/öngörmenin kolay bir yolu var mı?

 

[taydin]

Tam olarak anladığımı söyleyemem. Biraz anladım ama

Yani 10 Ω ve 10 V ile, gate kapasitesinin şarj olma hızı konusunda endişeye gerek yok MOSFET'in turn on zamanından çok daha kısa bir sürede şarj olacak.

diyot üzerinden geçen deşarj peek akımını hesaplamanın/öngörmenin kolay bir yolu var mı?

Datasheet sadece 1.6 V seviyelerine kadarki ileri akımı belirtiyor (450 mA gibi).

Ama senin durumda gate voltajı 10 V olacak ve akım da çok daha yüksek olacak. Gene datasheet'e göre 1 µs için 2 A taşıyabiliyor bu diyot. Senin gate ise bundan çok daha kısa bir sürede (10 ns gibi) deşarj olacak. Bu durumda çok daha yüksek akımı tolere edebilmesi lazım. Ama tam olarak nedir belirlemenin kesin bir yolu yok. Bir de bu zaten sıcaklığa, komponent toleranslarına göre de değişecektir. En iyisi ileri yönde diyoda 10 V luk ve 20 ns lik bir pals vermek ve ne oluyor bakmak

 

[Endorfin35+]

Tamam şimdi anladım sanırsam. Daha fazla akım basılsa da turn on delay yuzunden sure kisalmayacak...

 

[Endorfin35+]

Peki adam neden 2 amper surucu kullanip 330R kullanmis olabilir.

H kopru bu 4 adet aynisindan var. Yavas acip hizli kapatmak istemis. Yukun enduktif olmasindan dolayimi boyle birsey yapmis acaba...

Surucu olarak ir2110 a karar verdim nispeten ucuz ve 2A. Surucu haric ayni yapiyi kuracagim. 330R takip isinmaya bakarim. Olmadi dusuk direnc ile denerim...

 

[Endorfin35+]

Orneklerde ir2110 da da diyot eklemisler. Demekki diyota yada surucuye birsey olmuyor...

 

[Endorfin35+]

Fırından sıcak sıcak...

Akım sınırlama kısmından emin değilim oraya biraz daha bakacağım....

 

[Yakup AKSOY]

Fırından sıcak sıcak...

Akım sınırlama kısmından emin değilim oraya biraz daha bakacağım....

6209 eklentisine bak

Merhabalar.
Devreniz çalıştı mı?
Hesaplamalara uygun sonuçlar elde edebildiniz mi?
Merak içerisinde kaldım

 

[B-Devi]

Ben de merak ettim doğrusu. Class D bir devredeki patatas mosfetleri (IRF3710) söküp yerlerine orjinallerini taktım ama enerji verir vermez aşırı ısınıyorlar. Gate dirençleri 220 ohm. 330 ohm mu yapmalıyım yoksa 150 ohm ile mi deneyeyim ona karar vermek için merak etmiştim.

Patates baskı mosfetler: 7.42 nf - Vt: 3,7 V
Orjinal Mosfetler: 3.2 nf - Vt: 2,0 V

 

[taydin]

Class D devrede anahtarlama çok hızlıdır. Gate kapasitesi de oldukça fazla. Ya daha düşük gate kapasiteli MOSFET lazım yada akım verme kapasitesi daha yüksek olan bir gate sürücü lazım.

 

[B-Devi]

Üstadım Dandik mosfetlerin gate kapasiteleri daha yüksekti. Devre Çalışıyordu ama yüksek güçlerde sapıtıyodu. Düşük kapasiteli orjinalleri takınca hepten sapıttı. O yüzden bu gece 220 ohm dirençleri söküp 330 ohm takıp deneyeceğim. Ama değeri düşürmem daha mı doğru olur arada kaldım. Yine de deneyip Sonucu mutlaka yazarım.

 

[Endorfin35+]

Üstadım Dandik mosfetlerin gate kapasiteleri daha yüksekti. Devre Çalışıyordu ama yüksek güçlerde sapıtıyodu. Düşük kapasiteli orjinalleri takınca hepten sapıttı. O yüzden bu gece 220 ohm dirençleri söküp 330 ohm takıp deneyeceğim. Ama değeri düşürmem daha mı doğru olur arada kaldım. Yine de deneyip Sonucu mutlaka yazarım.

Değeri düşürmen daha doğru olur. Sürücünün akım kapasitesini aşmayacak şekilde daha düşük bir direnç ile deneyebilirsin. Mosfetin yavaş aç-kapa yapması istendiğinde değer yükseltilir. yavaş aç-kapa mosfet ısısını yükseltir.

Merhabalar.
Devreniz çalıştı mı?
Hesaplamalara uygun sonuçlar elde edebildiniz mi?
Merak içerisinde kaldım

devre çalıştı ama bu devreyi kullanmaktan vazgeçip kendi tasarladığım transistörlü bir sürücü kullandım. Hesaplama olmadan olmaz. ne kadar elemanları tolerans değerleri datasheet te belirtilenden faklı çıkabilse de hesap kısmı çıkış noktamız. Önce hesap ile ideal değerler, sonra ufak tefek deneme yanılmalar olabilir.

 

[B-Devi]

Değeri düşürmen daha doğru olur. Sürücünün akım kapasitesini aşmayacak şekilde daha düşük bir direnç ile deneyebilirsin. Mosfetin yavaş aç-kapa yapması istendiğinde değer yükseltilir. yavaş aç-kapa mosfet ısısını yükseltir.

Evet ama mosfet kapasitansının azalması sorun çıkardığı için yükseltmeyi düşünmüştüm.

 

[Endorfin35+]

osilaskobun var ise gs arasını eski mosla yeni mosla ölç. turn on/off zamanlarını incele ona göre karar ver.

kapasitansın düşmesi iyi bir şey diye düşünüyorum. daha hızlı tepki verir moslar. Ama işin içine başka bir detay giriyor ise benim bilgimi aşar...

 

[B-Devi]

Maalesef osilaskop yok