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Driver e controllo MOSFET

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto UtenteVicentio » 4 dic 2019, 14:56

Salve!
Sto progettando un driver per il controllo di un modulo formato da 6 MOSFET. Per far funzionare il modulo di mosfet ho bisogno sul gate complessivo di una corrente di picco di 19,5 A.
Per il controllo sto utilizzando un driver ISO5452 che non arriva a questa corrente, perciò ho pensato di mettere tra driver e modulo un totem push pull che amplifica la corrente del driver. Essendo alta la frequenza di switching ho pensato di utilizzare un push pull a MOSFET. Per dimensionare il totem ho fatto cosi:
1)Ho scelto dei mosfet che sopportano una corrente maggiore di quella che serve per il gate del modulo.
2)Ho ipotizzato una V_{gs} =4,5\textrm{ }V e considerando una corrente di drain per i mosfet del totem di circa 20 A dal grafico sul datasheet ho una R_{ds}=15\textrm{ }m\Omega
3)Con la V_{gs} =4,5\textrm{ }V da un altro grafico del datasheet ho ottenuto la carica sul gate Q_g=9\textrm{ }nC
4)Con la carica ho trovato la corrente che deve arrivare su gate I_g=Q_gf_{sw}=720 \textrm{ }\mu A
5)Considerando la tensione in uscita del driver e questa corrente meno la resistenza di uscita del driver ho trovato la resistenza da mettere sul gate del mosfet canaleN del totem:
R_{Bn}={V_{CC}-V{EE}}/{I_g} -R_D =30\textrm{ }k\Omega
Lo stesso procedimento ho utilizzato anche per il mosfet canale P.
R_{Bp}=36\textrm{ }k\Omega
Il driver che ho utilizzato è 1EDI20N12AF ed i mosfet AOD4189 e AOD4186.

Questo progetto lo faccio per la tesi e ho parlato con l'assistente del professore che mi segue e mi ha detto che le sembra strano che i valori delle resistenze su gate siano cosi elevati. Gli ho chiesto che procedimento applicare per il calcolo e mi ha detto che lui ha progettato solo totem a BJT perciò non conosce un procedimento nel caso di mosfet.
Conoscete un procedimento per dimensionare questo totem? :(
GRAZIE!
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[2] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto Utentebrabus » 5 dic 2019, 17:06

Ciao Foto UtenteVicentio,

Il problema sta nel calcolo della corrente di Gate: moltiplicando la carica per la frequenza di switching, otteniamo la corrente necessaria a raggiungere la tensione di 4,5V all'interno di un intero periodo di switching.
Se provi a simulare questo scenario, ottieni una tensione di Gate a rampa, che sale davvero lentamente, fino a raggiungere la tensione desiderata: siamo lontani da un funzionamento switching, direi quasi che siamo in pieno regime ohmico (zona triodo), che implica sostanzialmente perdite elevate.

Puoi dimensionare le resistenze di Gate in tre modi:

1) Criterio del tempo di salita: approssimi il sistema con un Circuito RC, dove C è la capacità d'ingresso Vista al Gate del MOSFET. Puoi dunque calcolare R in base alla costante di tempo che desideri

2) Criterio della massima corrente: conoscendo la massima corrente erogabile dal driver, dimensioni la resistenza in modo da limitare il valore massimo della corrente di Gate.

3) Criterio dello smorzamento: poiché una resistenza di Gate troppo piccola può non smorzare eventuali oscillazioni innescate fra la capacità di Gate e le induttanze parassite del circuito di pilotaggio, può essere necessario impiegare valori di resistenza superiori.
Se ad esempio il criterio (2) calcola un valore di 2 ohm e la prova sperimentale evidenzia oscillazioni pericolose, può essere necessario salire a 10 ohm e più.

Se nel tuo caso applichiamo il criterio (2), assumendo una tensione massima di Gate di 4,5V e una corrente massima di 2A (come da datasheet del 1EDI20N12AF), calcoliamo una resistenza di Gate di 2,25 ohm, approssimabile al valore commerciale di 2,7 ohm.
Non resta che montare la resistenza del valore calcolato ed effettuare delle misure. Mi raccomando, il disaccoppiamento del driver è importantissimo, non lesinare con i condensatori ceramici! :ok:

Ultima cosa: io lascerei stare i MOSFET a canale P, prediligendo un canale N con bootstrap o magari una pompa di carica.

P.S.: imbarazzante la risposta dell'assistente. :shock: Ti posso chiedere presso quale Ateneo ti stai laureando?
Alberto.
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[3] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto UtenteVicentio » 5 dic 2019, 22:08

Grazie mille! :D
L'ateneo preferirei non divulgarlo però è un ateneo di Roma. :?
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[4] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 5 dic 2019, 23:49

Ogni MOS ha il suo driver, quindi ogni driver deve erogare 3A circa in transitorio e per tempi molto brevi. Cercherei dei driver isolati da 3A: il driver che hai scelto eroga 2.5A in source e 5A in sink: lo userei cosi` com'e`. La corrente totale di 19A mi sembra che sia una specifica non corretta.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[5] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto Utentemarioursino » 6 dic 2019, 17:08

Che frequenza di switching hai?
Dove hai letto che servono 19 A?

Non ha molto senso fare una catena di driver (sia perché il primo driver fa poco e sia perché difficilmente funzionerà bene), usa direttamente un driver singolo robusto. Se la corrente di picco non soddisfa appieno i requisiti inserisci una piccola resistenza di gate e "sopporta" transitori lenti.

Quest'ultima considerazione può cambiare in base alle risposte che mi darai.
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[6] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 8 dic 2019, 13:47

Per comandare un relè da una uscita di una MCU, se non ci sono motivi particolari che impongano l'uso di un MosFet, è tassativo (quasi) l'uso di un transistor bipolare.

ERRORE copio il messaggio su altro thread
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[7] Re: Driver e controllo MOSFET

Messaggioda Foto UtenteVicentio » 8 dic 2019, 20:11

La frequenza di commutazione è di 80kHz e la corrente di drai del modulo di 6 mosfet è di 250A.
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