Нагрев MOSFET, как оценить в зависимости от частоты коммутации Опции

[Pyku_He_oTTyda]

Собственно вопрос в названии темы, но распишу для понятности.
Необходимо оценить рассееваемую мощность на транзисторе IRF3205 при работе в ключевом режиме, с нагрузкой 8А при работе на частоте 300Гц и 2кГц.
Как правильно это сделать?

[Bludger]

Вот здесь есть вся инфа по управлению MOSFETs: http://www.bludger.narod.ru/smps/FETsCntr.pdf

[vlvl@ukr.net]

 _________________________________________________________.htm ( 60 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1577

[Pyku_He_oTTyda]

Спасибо! Буду изучать.
Жаль .htm файл без картинок открывается у меня

[Dmitron]

У тебя нагрев транзистора не зависит от частоты коммутации! никак.
Только от статических потерь.

[AML]

У тебя нагрев транзистора не зависит от частоты коммутации! никак.
Только от статических потерь.

Скорее, если нагрузка чисто активная, то ростом потерь при увеличении частоты в таких пределах можно пренебречь из-за малости по сравнению со статическими потерями.

Если же нагрузка имеет реактивную составляющую (что, правда, в явном виде не следует из сообщения автора темы) - то вышесказанное в общем случае не верно.

[Pyku_He_oTTyda]

Нагрузка несколько десятков метров кабеля и мощная галогеновая лампа

[AML]

Похоже, в этом случае пренебрегать потерями при выключении транзистора не стоит - индуктивная нагрузка. Да и снаббер не помешает.

К тому же помеху эта хрень будет давать очень даже нехилую.

[Johny]

При столь низкой (для полевика) частоте коммутации, динамические потери действительно будут существенно меньше статических. Транзистору не снаббер нужен, а всего лишь обратный диод параллельно нагрузке - это же вам не fly-back. Энергия индуктивности провода при отключении в этоим случае будет рассеиваться на активной составляющей нагрузки (ток замкнется через обратный диод).

[Pyku_He_oTTyda]

Включено на данный момент вот так:
на частоте ~300Гц транзистор холодный, перехожу на более высокую (кГц) - нагрев стремительно возрастает. Кабель в данный момент отсуствует, так что индуктивность его в расчет не берем. Средний потребляемый ток лампы 7А.
Единственное объяснение, которое приходит мне в голову - нагрев из за заваленных фронтов на выходе МК. Если так, то как избежать? Компаратор?

Помогите разобратся - устройство в принципе будет работать на частоте 300Гц, так что в данном случае допустимо, но очень хочется вникнуть и разобратся с проблемой.

[Herz]

А нет ли возможности снять осциллограммы непосредственно с затвора и со стока МОСФЕТа? Сразу стало бы понятно.

[khach]

Так вы его открыть полностью неможете- верхнее плечо драйвера- эмиттерный повторитель, соответственно, на затворе- логический уровень минус база-эмиттер максимум. Какое напряжение логической 1 (3 или 5В)? Если 5 и полевик с низковольтным затвором- то еще както- работать будет.
А вообще- драйвер надо переделывать.

[Pyku_He_oTTyda]

Лог1 - 5 вольт. По даташиту максимальное открывающее - 4 вольта, так что с запасом. Был проведен эксперимент на 9 вольтах - эффекта ноль.

Оссилограмы сделаю, но попозже, к сожалению.

[Nixon]

Попробуйте уменьшить базовый резистор. Поскольку даже при B=300 у транзисторов вы получите максимум 150мА ток в затвор, а этого для такого мощного полевика, как irf3205 может на высоких частотах не хватить. Кроме того, как вам правильно заметили, 4 вольт для его открытия не просто мало, а очень мало - при 4.5V максимальный ток стока ~7A из 110A возможных.

[Stanislav]

Лог1 - 5 вольт. По даташиту максимальное открывающее - 4 вольта, так что с запасом. Был проведен эксперимент на 9 вольтах - эффекта ноль...

Конечно, ноль и будет. Напряжение на выходе драйвера более 4,5 В в данной схеме получить нельзя. Полевик, похоже, при данном токе и данном напряжении на затворе переходит в активный режим, из-за этого и нагрев. Нужно применить драйвер, обеспечивающий хотя бы 7-8 вольт на выходе, или, что гораздо лучше, полевик с более низким порогом затвора.
ЗЫ. Счас посмотрел даташыт - так и есть, при 25-ти градусах и 4,5 В на затворе - активный режим, начиная с тока ~6А. Здесь собака и порылась...

Попробуйте уменьшить базовый резистор. Поскольку даже при B=300 у транзисторов вы получите максимум 150мА ток в затвор, а этого для такого мощного полевика, как irf3205 может на высоких частотах не хватить. Кроме того, как вам правильно заметили, 4 вольт для его открытия не просто мало, а очень мало - при 4.5V максимальный ток стока ~7A из 110A возможных.

Не-ет, ток в затвор при 5 В питании драйвера больше 50-ти мА никак не получится, из-за сопра в коллекторе. Нужно уменьшить его хотя бы ом до 20, а в базах - до 1 кОм.

[asdf]

Лог1 - 5 вольт. По даташиту максимальное открывающее - 4 вольта, так что с запасом. Был проведен эксперимент на 9 вольтах - эффекта ноль...

Конечно, ноль и будет. Напряжение на выходе драйвера более 4,5 В в данной схеме получить нельзя. Полевик, похоже, при данном токе и данном напряжении на затворе переходит в активный режим, из-за этого и нагрев.

Не похоже, а действительно так .
Обратите внимание на рис1 pdf, при 4.5В на затворе транзистор входит в насыщение уже при 7А, падение при этом ~0.6В - те 4Вт рассеивается, однако.
Но если Вы этой схемой регулируете яркость лампы, то должны учитывать, что сопротивление холодной спирали раз в 10 меньше, чем у нагретой. А значит и ток через транзистор при частично нагретой спирали будет больше Ваших ожидаемых 7А. А т.к. транзистор в насыщении больший ток не пропустит, то увеличится падение, а значит и рассеиваемая мощность.
Желательно увеличить напряжение управления хотя бы до 10В. И переделять драйвер, Ваш в режиме повторителя не даст напряжение выше чем питание на контроллере. Можно например готовый типа МС34151. Кстати резистор R11 ограничивает ток заряда до 50мА (max) и увеличивает фронт до 0.5 мксек, что тоже немного ухудшает ситуацию.

Сообщение отредактировал asdf - Feb 26 2006, 16:21

[vm1]

Можете поднять на 0.7В затвор если добавите резистор паралельно
базам и эмитерам.
А почему боитесь удалить резистор в базе?
Я бы на PIC удалил и поставил в база-эмитер 100ом.
5-6 мА пойдет впрямую в емкость затвора,
и плюс дополнительный ток через транзисторы.
в статике будет 5В на затворе.

R11 надо перенести в затвор и уменьшить.

Что такое 0.1?
Это резистор или предохранитель?
При 0.1 ома и 7А на нем будет 0.7В,
это тоже не дает транзистору полностью открыться.
Надо вынести его из цепи управления.

Сообщение отредактировал vm1 - Feb 26 2006, 17:42

[Stanislav]

Если нет возможности быстро раздобыть полевик с меньшим пороговым напряжением (что мне кажется наиболее правильным вариантом), или купить нормальный драйвер, выйти из положения можно собрав вот такую схэму:


Или такую:

В качестве VCC нужно взять питание МК. Шоттка красным - для ускорения переключения драйвера.

[Pyku_He_oTTyda]

Вот так было сделано ранее, когда писал, что эксперементировал при 9 вольтах. Положительного эффекта не заметил. С тем и вернулся к своей схеме, потому что остались несколько вопросов: 1. в статическом режиме нагрев практически неощутим (лог.1 на выходе МК)
2. 300 Гц - практически не греется

Поэтому в голове засело, что дело в связке частота коммутации - ток нагрузки.
Осталось попробовать драйвер готовый, только ждать неделю придется, пока привезут.

Пока хочется разобратся с вопросом, который собственно в теме: если рассеиваемая мощность с увеличением частоты завсит от "кривого" драйвера, то поможет ли установка "правильного"? Тем более устройство копеечное, и лишние деньги тратить не хотелось.

[Herz]

Следует только иметь в виду, что в приведенных схемах (особенно первой) будут присутствовать значительные импульсы "сквозных" токов, транзисторы должны быть способны их выдерживать. В аппнотах по применениям МОСФЕТов приводится множество драйверов управления, в т.ч. на дискретных элементах; кстати, с импульсным трансформатором - совсем неплохой вариант. А проще всего, конечно, решить проблему применением полевика с логическим уровнем управления, например, IRLU3110Z или подобного.

P.S. А возрастание динамических потерь в вашей схеме практически неизбежно - слабенький драйвер не успевает перезаряжать ёмкость затвора, тем более при таких уровнях.

Сообщение отредактировал Herz - Feb 27 2006, 06:30

[Stanislav]

Вот так было сделано ранее, когда писал, что эксперементировал при 9 вольтах. Положительного эффекта не заметил. С тем и вернулся к своей схеме, потому что остались несколько вопросов: 1. в статическом режиме нагрев практически неощутим (лог.1 на выходе МК)
2. 300 Гц - практически не греется

Поэтому в голове засело, что дело в связке частота коммутации - ток нагрузки.
Осталось попробовать драйвер готовый, только ждать неделю придется, пока привезут.

Пока хочется разобратся с вопросом, который собственно в теме: если рассеиваемая мощность с увеличением частоты завсит от "кривого" драйвера, то поможет ли установка "правильного"? Тем более устройство копеечное, и лишние деньги тратить не хотелось.

А Вы уверены, что номиналы резисторов были близки к приведенным мной? Вообще-то для обсуждения схему приводить надо. У Вас ПТ просто находится в активном режиме на частоте 2 кГц - хилый драйвер не успевает перезарядить полную входную емкость.

Следует только иметь в виду, что в приведенных схемах (особенно первой) будут присутствовать значительные импульсы "сквозных" токов, транзисторы должны быть способны их выдерживать...

Нет , сквозняка не будет абсолютно. Проанализируйте внимательнее работу схем.

[Pyku_He_oTTyda]

Схема практически 1/1, только не было резистора в цепи затвора (20 ом).
Заказал драйвер, теперь буду ждать, когда привезут.
Эта схема практически соответствует приведенной в http://www.bludger.narod.ru/smps/FETsCntr.pdf на стр.18

Сообщение отредактировал Pyku_He_oTTyda - Feb 27 2006, 07:49

[Stanislav]

Схема практически 1/1, только не было резистора в цепи затвора (20 ом).
Заказал драйвер, теперь буду ждать, когда привезут.
Эта схема практически соответствует приведенной в http://www.bludger.narod.ru/smps/FETsCntr.pdf на стр.18

Мне кажется, Вы все-таки где-то ошиблись. Если схема соответствует приведенной мной, работать будет. Если из ссылки (ничего не хочу сказать плохого про статью), возможны ньюансы. Обратите внимание - полевик там Р-канальный...

[Pyku_He_oTTyda]

Не вижу различий между Вашей схемой, и той, на какой я эксперементировал. Подавалось правда 15 вольт вместо 9, и в цепи затвора был установлен стабилитрон на 9,1в. Так что вроде все сходится.
Буду ждать драйвера. три транзистора немного неудобно впихивать в плату, корпус SO8 драйвера будет предпочтительнее. Да и драйвер облагородит "прямоугольник" на ноге МК - на высоких частотах он там далеко не идеальный

[Stanislav]

Не вижу различий между Вашей схемой, и той, на какой я эксперементировал. Подавалось правда 15 вольт вместо 9, и в цепи затвора был установлен стабилитрон на 9,1в. Так что вроде все сходится...

Из того, что Вы не видите различий, не следует, что их нет вовсе. Если бы Вы взяли за труд все-таки привести схему, это удалось бы выяснить.

...Буду ждать драйвера. три транзистора немного неудобно впихивать в плату, корпус SO8 драйвера будет предпочтительнее. Да и драйвер облагородит "прямоугольник" на ноге МК - на высоких частотах он там далеко не идеальный

Что значит "не идеальный"? На выходе драйвера затвора ПТ он гораздо "хуже".
А почему все-таки ПТ с меньшим порогом взять не хотите? У того же ИРФа их хватает...

[Herz]

name='Herz' post='90351' date='Feb 27 2006, 09:24'] Следует только иметь в виду, что в приведенных схемах (особенно первой) будут присутствовать значительные импульсы "сквозных" токов, транзисторы должны быть способны их выдерживать...

Нет , сквозняка не будет абсолютно. Проанализируйте внимательнее работу схем.

Я всё же полагаю, что будет. Обратите внимание: в Вашей схеме №1 верхний транзистор закрывается медленнее, чем открывается нижний. По крайней мере, с одинаковыми диодами. Ведь рассасывание зарядов в базе насыщенного транзистора при практически нулевом смещении Б-Э перехода происходит достаточно медленно.

Сообщение отредактировал Herz - Feb 27 2006, 11:37

[Pyku_He_oTTyda]

На выходе МК заметны значительные резонансные колебания (на 100 кГц).
Схема та же была, что у Вас, как писал нет рез. 20 Ом, в затворе об землю 47 ком, вместо 1 кОм - 910 Ом. Нет диода Шоттки.
Собака порытся могла из за 20 омного резистора - могли возникать паразитные ВЧ.

Транзисторы к сожалению были закуплены для других целей заранее, а у нас большая проблема с комплектующими.
Выбирешь транзистор - его не окажется в наличии, другой дорогой... И так несканчаемая карусель - даже не хочется связыватся

[Stanislav]

Я всё же полагаю, что будет. Обратите внимание: в Вашей схеме №1 верхний транзистор закрывается медленнее, чем открывается нижний. По крайней мере, с одинаковыми диодами. Ведь рассасывание зарядов в базе насыщенного транзистора при практически нулевом смещении Б-Э перехода происходит достаточно медленно.

Во-первых, рассасывание диффузионного заряда в базе насыщенного транзистора при закорачивании ее вывода с эмиттером происходит очень быстро, из-за того, что объемное сопр-е базы даже у маломощных низковольтных современных БТ составляет величину порядка Ома.
Во-вторых, в данных схемах верхний транзистор никогда не бывает насыщен.

На выходе МК заметны значительные резонансные колебания (на 100 кГц).
Схема та же была, что у Вас, как писал нет рез. 20 Ом, в затворе об землю 47 ком, вместо 1 кОм - 910 Ом. Нет диода Шоттки.
Собака порытся могла из за 20 омного резистора - могли возникать паразитные ВЧ...

Точно, лажа где-то. Тогда вопрос: что за МК и есть ли уверенность, что его выход работает в пушпульном режиме?

[Herz]

Во-первых, рассасывание диффузионного заряда в базе насыщенного транзистора при закорачивании ее вывода с эмиттером происходит очень быстро, из-за того, что объемное сопр-е базы даже у маломощных низковольтных современных БТ составляет величину порядка Ома.
Во-вторых, в данных схемах верхний транзистор никогда не бывает насыщен.

Да, но Вы базу с эмиттером не закорачиваете... Или диод восстанавливается дольше?
Впрочем, что ненасыщен - согласен, и это, конечно, важно.

[asdf]

1. в статическом режиме нагрев практически неощутим (лог.1 на выходе МК)
2. 300 Гц - практически не греется

Поэтому в голове засело, что дело в связке частота коммутации - ток нагрузки.

Я думаю, дело сильно прояснилось бы, если бы Вы привели осциллограммы тока через полевик при нескольких частотах коммутации, в частности, при которой он греется.

[Stanislav]

Да, но Вы базу с эмиттером не закорачиваете... Или диод восстанавливается дольше?

Я лишь возразил по поводу Вашего поста:

...Ведь рассасывание зарядов в базе насыщенного транзистора при практически нулевом смещении Б-Э перехода происходит достаточно медленно.

База с эмиттером в схеме действительно не замыкается, но, в таком случае, поясните, как может открыться "правый" диод, если заряд в базе верхнего транзистора не рассосался (предположим даже, что он был насыщен), и, соответственно, потенциал базы не упал практически до потенциала эмиттера? Ведь это есть необходимое условие возникновения "сквозняка".

Я думаю, дело сильно прояснилось бы, если бы Вы привели осциллограммы тока через полевик при нескольких частотах коммутации, в частности, при которой он греется.

Можно обойтись напряжениями на затворе и стоке ПТ, а также на выходе МК. Похоже, с ним что-то не так.

[Pyku_He_oTTyda]

МК - Tiny15. Использовался PB1 (в режиме PWM)
Оссилограммы сделаю ближе к концу недели, пока никак, к сожалению.
Тиньку пришлось в другое устройство поставить и отдать, жду деталей через пару дней.

[Herz]

База с эмиттером в схеме действительно не замыкается, но, в таком случае, поясните, как может открыться "правый" диод, если заряд в базе верхнего транзистора не рассосался (предположим даже, что он был насыщен), и, соответственно, потенциал базы не упал практически до потенциала эмиттера? Ведь это есть необходимое условие возникновения "сквозняка".

Простите, я не понял, что именно Вы называете необходимым условием...
И что, собственно, мешает открыться "правому" диоду в тот самый момент, когда потенциал на его катоде станет ниже потенциала анодного, т.е. с открытием нижнего транзистора?

[Stanislav]

Простите, я не понял, что именно Вы называете необходимым условием...

Отпирание "правого" диода. Из анализа схемы должно быть понятно, что это может произойти только если потенциал базы верхнего БТ сравняется с потенциалом его эмиттера. Что означает завершение процесса разряда диффузионной и барьерной емкостей БЭ, и, как следствие, полное прекращение тока через БТ.

И что, собственно, мешает открыться "правому" диоду в тот самый момент, когда потенциал на его катоде станет ниже потенциала анодного, т.е. с открытием нижнего транзистора?

См. выше.

[Herz]

Снимаю шляпу!