обычные ключевые MOSFET: нужен ли резистор в затворе, чтобы не выжечь затвор током перезаряда его ёмкости Опции

[Krys]

Здравствуйте. Вот хоть и есть опыт проектирования силовых устройств, но у коллег возникли сомнения, а мне их кроме опыта нечем развенчать или подтвердить.
Например, используются обычные MOSFET в ключевом режиме. Например IRLML5203 или IRFL9014 и т.п... Управляются биполярником типа такого включения:

Вопрос в том, нужен ли резистор в затворе, чтобы не выжечь затвор током перезаряда его ёмкости? Я понимаю, что, возможно, на 3,3 В это неактуально, но если аналогичная схема на 40 В и транзисторы мощные, высоковольтные - этот вопрос становится актуальным.
Из своего опыта я резисторы в затвор не добавлял (я разрабатывал быстродействующие драйверы токовых импульсов полупроводникового лазера) для того, чтобы максимально увеличить быстродействие схемы. Вроде ничего не выгорало. Но, может, я был неправ, и нужно подстраховаться?

[SKov]

Вопрос в том, нужен ли резистор в затворе, чтобы не выжечь затвор током перезаряда его ёмкости?
...
но если аналогичная схема на 40 В...

Давайте считать.
Предположим, что на нижний биполярник поступает сигнал около 3V.
Это значит, что его базовый ток - в районе 0.1мА.
Согласно даташиту на биполярник, его коэфф. передачи тока - не более 800.
Отсюда имеем коллекторный ток в районе 80мА. Ничего плохого с затвором не случится.
Если затвор не пробьется напряжением 40V

[dinam]

Не видел ни одного datasheeta на именно MOSFET с указанием максимального тока через затвор. Отсюда делаю вывод, что этого можно не бояться.
P.S. Хотя сам всегда применяю резистор в затворе. Либо для ограничения выходного тока драйвера, либо для устранения самовозбуждения в схемах аналогичной вашей

[Microwatt]

Например, используются обычные MOSFET в ключевом режиме. Например IRLML5203 или IRFL9014 и т.п... Управляются биполярником типа такого включения:

В этой конкретной схеме транзистор управления просто неспособен выдать большой ток. Так что ничего страшного не произойдет.

[Aner]

И как питать коллектор биполярника без этого резистора в затворе?

[halfdoom]

Вопрос в том, нужен ли резистор в затворе, чтобы не выжечь затвор током перезаряда его ёмкости?

Нет, затвор это просто конденсатор с точки зрения управления, поэтому выжечь его сложно. Но поскольку имеются различные паразитные эффекты связанные с межвыводными емкостями, то часто в цепь затвора включают небольшое сопротивление.

[MaslovVG]

Посмотрите внимательльно на datasheet транзисторов IRLML5203 или IRFL9014 при 3.3В они не будут гарантированно переключаться а при 40В пробъются затворы.

[stells]

... сам всегда применяю резистор в затворе ... для устранения самовозбуждения в схемах аналогичной вашей

звон на затворе не всегда присутствует, если его нет, то резистор наверное можно не ставить. во всяком случае я намедни его в одном преобразователе убрал - ничего страшного, а динамические потери (потребление) снизились

[Krys]

И как питать коллектор биполярника без этого резистора в затворе?

Не этот резистор ) Не R20. Речь о резисторе, который последовательно с затвором ставится. Он на картинке не показан.

Вобщем всем спасибо за обсуждение. Большинством голосов решили, что ничего и без резистора не произойдёт )
А если он там и нужен, то не для предотвращения выгорания затвора током перезаряда его ёмкости, а для устранения паразитных реактивностей выводов.

[yakub_EZ]

Может не из той оперы, но зачем в этой схеме БТ?
Управление идет от логики, сделайте напрямую резистор на 22к в точку где сейчас коллектор и его уменьшить. Подтягивающий на 100к можно оставить. Затвором обычно можно помахать на плюс минус 20 вольт, так что даже 15 вольтовая лог единица ему не навредит

[DS]

Вообще-то, когда речь идет о драйверах с большими токами и большими скоростями нарастания, резистор ставится для подавления паразитного колебательного контура, образованного индкутивностью проводников и емкостью затвора. Если выходное сопротивление драйвера мало, контур может получиться добротным и наделать бед, сбив процесс открытия-закрытия транзистора.

[asdf]

Большинством голосов решили, что ничего и без резистора не произойдёт )
А если он там и нужен, то не для предотвращения выгорания затвора током перезаряда его ёмкости, а для устранения паразитных реактивностей выводов.

Можно добавить, что современные полевики делают с поликремниевым затвором, который имеет конечное сопротивлинение. Часто в pdf дается его величина - порядка 1-2 Ом.

[Krys]

Может не из той оперы, но зачем в этой схеме БТ?
Управление идет от логики, сделайте напрямую резистор на 22к в точку где сейчас коллектор и его уменьшить. Подтягивающий на 100к можно оставить. Затвором обычно можно помахать на плюс минус 20 вольт, так что даже 15 вольтовая лог единица ему не навредит

Спасибо, взгляд зашорился ))) На 3,3 В действительно выкину биполярник.

Но изначально вопрос, конечно, касался более высоких напряжений, когда транзистором с p-каналом нельзя управлять напрямую от логики, а только через биполярник.

Вообще-то, когда речь идет о драйверах с большими токами и большими скоростями нарастания, резистор ставится для подавления паразитного колебательного контура, образованного индкутивностью проводников и емкостью затвора. Если выходное сопротивление драйвера мало, контур может получиться добротным и наделать бед, сбив процесс открытия-закрытия транзистора.

Понял, спасибо. А что это могут быть за "беды"? Если у меня просто ключевая функция - подать/снять питание с узла - то можно на такие "беды" не обращать внимание?
И ещё вопрос: если поставить резистор в затвор, то мы снижаем быстродействие всего ключевого блока в целом (там, где требуется быстродействие). Тогда от сопротивления в затворе нужно отказаться. И мы придём к тем самым "бедам". Как тут выходят из ситуации?

[stells]

если поставить резистор в затвор, то мы снижаем быстродействие всего ключевого блока в целом (там, где требуется быстродействие). Тогда от сопротивления в затворе нужно отказаться. И мы придём к тем самым "бедам". Как тут выходят из ситуации?

так вроде очевидно - минимизировать длину проводника от драйвера на затвор

[Krys]

ну это никогда конечно не помешает.
Т.е. получается, если мы имеем возможность минимизировать длину проводника, то резистор в затворе можно убрать?

[Serg SP]

А почему у Вас R20 100 кОм? Транзистор будет очень медленно закрываться и теоретически, может сгореть в момент выключения. Кроме того, в момент выключения эффект Миллера может добавить проблем, транзистор может очень долго закрываться. Я бы более 1 кОм не рискнул поставить.

[dENIM]

управлял как-то irlml2502 прямо с ноги микроконтроллера
без резистора
иногда транзистор оставался открытым :О

[Krys]

Как Вы это объясните, что он оставался оставался открытым?

[DS]

Понял, спасибо. А что это могут быть за "беды"? Если у меня просто ключевая функция - подать/снять питание с узла - то можно на такие "беды" не обращать внимание?
И ещё вопрос: если поставить резистор в затвор, то мы снижаем быстродействие всего ключевого блока в целом (там, где требуется быстродействие). Тогда от сопротивления в затворе нужно отказаться. И мы придём к тем самым "бедам". Как тут выходят из ситуации?

Зависит от расклада. Могут возникнуть колебания и транзистор пару раз откроется - закроется за короткое время. Или может разогнаться ток в индуктивности, что приведет к выбросу на затворе и его пробою. Номинал резистора, достаточный для подавления паразитного контура легко считается, если известно значение индуктивности. Обычно значение резистора получается практически не влияющим на фактическую скорость переключения. Время включения транзистора все равно имеет какое-то значение, и менять напряжение на затворе быстрее не имеет практического смысла.

[vlvl@ukr.net]

А зачем вообще нужен биполярник, почему не полевик, например BSS138 , или нечто другое? Вы же попросту грузите выход микроконтроллера.

[_Pasha]

Но изначально вопрос, конечно, касался более высоких напряжений, когда транзистором с p-каналом нельзя управлять напрямую от логики, а только через биполярник.

Дык там и стабилитрон тогда нужен, и резистор, и "рассасыватель" заряда при выключении - чтобы ключ выключался не за 100 секунд Шучу.

[InsolentS]

Вообще-то, когда речь идет о драйверах с большими токами и большими скоростями нарастания, резистор ставится для подавления паразитного колебательного контура, образованного индкутивностью проводников и емкостью затвора. Если выходное сопротивление драйвера мало, контур может получиться добротным и наделать бед, сбив процесс открытия-закрытия транзистора.

Добрый день! Столкнулся как раз с этой проблемой.
Плата управления BLDC двигателем, выходной каскад на irs21834 + IRFZ48. Последовательно затвору стоял резистор 10ом. При маленьком токе двигателя было всё ок, но стоило только току начать увеличиваться - на выходе драйвера появлялся непонятный высокочастотный шум и транзисторы открывались как попало. Увеличил сопротивление до 30ом - масштаб проблемы уменьшился, теперь глюки драйвера начинаются только при очень большом токе. Но, субьективно, мощность мотора при этом уменьшилась .
Увеличить ещё сопротивление? Тогда, чувствую, мощность совсем упадёт. Как решить проблему эту - кто бы посоветовал

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

А какой мощности двигатель и как Вы оцениваете её падение? Что происходит с нагревом ключей при этих изменениях?

[InsolentS]

А какой мощности двигатель и как Вы оцениваете её падение? Что происходит с нагревом ключей при этих изменениях?

Двигатель 100ватт, напряжение 24вольт. Глюки в драйвере начинаются при токе 5.5 - 6 ампер, с резистором 10ом начинались на 4-х амперах. Ключи не греются, но когда драйвер начинает глючить, бывает, ключи вылетают.
Падение мощности оцениваю, зажимая ротор двигателя ладонью

[halfdoom]

Попробуйте последовательно с уже существующими RD включить резистор 10Ом. Подозреваю, что длина контура драйвер-затвор-возврат у вас завышена, или неудачно разведена.

[InsolentS]

Попробуйте последовательно с уже существующими RD включить резистор 10Ом. Подозреваю, что длина контура драйвер-затвор-возврат у вас завышена, или неудачно разведена.

RD - это резистор в стоке полевика?
Вот фрагмент разводки платы (разводил не я, досталась по "наследству"). Поможет ли делу, если я продублирую цепи от драйверов к затворам припаянными проводками?
Вчера попробовал в затвор поставить резисторы 50ом, лучше не стало - даже хуже, момент сильно упал.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[stells]

а покажите, если не сложно, осциллограмму на затворе

[Signal]

Вопрос в том, нужен ли резистор в затворе, чтобы не выжечь затвор током перезаряда его ёмкости?

Я бы сказал, что речь идет о резисторе в коллекторной цепи для ограничения тока коллектора в начальный момент заряда емкости затвора. Необходимость такого резистора зависит от конкретных компонентов и выбранных режимов, но, сдается мне, что эти самые компоненты с их режимами в большинстве случаев можно грамотно подобрать, чтобы обойтись без этого резистора. Хотя, как заплатка - очень дешевая заплатка.

[InsolentS]

а покажите, если не сложно, осциллограмму на затворе

По порядку: слева - направо, сверху - вниз:
-нижний ключ без нагрузки (холостой ход)
-нижний ключ со средней нагрузкой
-нижний ключ с высокой нагрузкой (когда начинаются глюки)
-верхний ключ без нагрузки (холостой ход)
-верхний ключ со средней нагрузкой
-верхний ключ с высокой нагрузкой (когда начинаются глюки)

Эскизы прикрепленных изображений

 

[stells]

мда... мне казалось, что проблема на фронтах, но она появляется уже после того, как ключ открыт.
а есть возможность попробовать другие ключи, с меньшим зарядом затвора? скажем, те же IRFZ, только 24 или 44?

пс: кстати у Вас по тексту IRFZ48, а на схеме IRF740. можно и их попробовать

Сообщение отредактировал stells - Aug 25 2011, 16:58

[GetSmart]

пс: кстати у Вас по тексту IRFZ48, а на схеме IRF740. можно и их попробовать

Нельзя. 740 высоковольтный с высоким сопротивлением канала. Ужос для мотора.

Осциллограмму питаний (digital и мотора) ещё бы и на лог. входах irs21834. Питание может глючит.

[SNGNL]

Глюки какие-то апериодические. Должно быть, в цепи контакт плохой.

[DS]

Глюки какие-то апериодические. Должно быть, в цепи контакт плохой.

Или наводки от проводов двигателя на драйвер/лог. схемы. Резистор их усредняет и снижает коэффициент положительной обратной связи, не дает раскачаться процессу.

[_Pasha]

Питание может глючит.

Запросто. С такими дорожечками может UVLO наступать. И никто не узнает, в смысле МК.

Сообщение отредактировал _Pasha - Aug 25 2011, 18:36

[stells]

Осциллограмму питаний (digital и мотора) ещё бы и на лог. входах irs21834. Питание может глючит.

ага, и на VCC драйвера. там тоненькая дорожка откуда-то издалека идет и, как минимум, через пару переходных отверстий

[halfdoom]

RD - это резистор в стоке полевика?

Нет, это параллельно включенные диод и резистор в затворе.

Вот фрагмент разводки платы (разводил не я, досталась по "наследству"). Поможет ли делу, если я продублирую цепи от драйверов к затворам припаянными проводками?

Да уж, как и ожидалось, все весьма запущено. Попробуйте продублировать контур 5-6-затвор-исток и 12-11-затвор исток толстыми и короткими соединениями. Питание на оба драйвера (7я нога), тоже необходимо продублировать. Не исключено, что нижний ключ драйверов уже не совсем жив.

[InsolentS]

Всем огромное спасибо, похоже, что проблему удалось решить!
Ларчик просто открывался:

Питание на оба драйвера (7я нога), тоже необходимо продублировать.

Сделал это - и всё стало ОК.

ага, и на VCC драйвера. там тоненькая дорожка откуда-то издалека идет и, как минимум, через пару переходных отверстий

Переходных отверстий там не 2, а ровным счётом 11 штук И это при толщине дорожки 0.2мм. Расстояние от преобразователя до первого драйвера ~7см. Выполнен он (преобразователь) на MC33063 и расположен в аккурат рядом с антенной приемопередатчика, прибивая наглухо любые попытки радиосвязи

[stells]

Сделал это - и всё стало ОК.

осталось поздравить

[InsolentS]

осталось поздравить

Спасибо!

[halfdoom]

на MC33063 и расположен в аккурат рядом с антенной приемопередатчика

Видимо поэтому оно вам и досталось в наследство .

[НЕХ]

А чем вызвано ограничение напряжения на затворе на постоянном токе по отношению к переменному частотой 1 Герц ?
(фото фрагмента документа на SPP20N65)
Электромиграция ионов натрия, как в старых КМОП ОУ ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[НЕХ]

позвольте напомнить о вопросе...

[halfdoom]

А чем вызвано ограничение напряжения на затворе на постоянном токе по отношению к переменному частотой 1 Герц ?

Это вытекает из принципа работы этих coolmos'ов, а именно, инжекции дополнительного заряда для снижения Rdson. У infineon'а вроде было приличное описание этой технологии.

[НЕХ]

нет в них никакой инжекции заряда...

[halfdoom]

нет в них никакой инжекции заряда...

Хорошо, назовем это компенсацией заряда, но сути это не меняет - этот эффект обусловлен конструкцией транзистора.

[НЕХ]

а затвор тут причём ?