logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

sulfur 28 Maj 2010 18:20 15306 92
  • #1 8127586
    sulfur
    Poziom 24  
    Zwracam się do kolegów z forum o kontrole poprawności obliczeń oraz rozumowania.

    Kilka dni temu miałem problem ze schematem jak na obrazku
    Czasy otwierania i zamykania mosfeta.
    Kilkudniowe wertowanie google doprowadziło mnie do następujących wniosków.

    Na bramkę tranzystora Q3 płynie prąd 530 uA ((5V-0,7V)/10k om).
    Przy minimalnym wzmocnieniu BC337 odczytanym z noty katalogowe 100 oznacza to maksymalny prąd kolektora na poziomie 53 mA.

    Rozumiem, że w przypadku gdy w układzie nie ma mikroprocesora, lub I/O procesora jest ustawione w stan wysokiej impedancji (czyli jako wejście) to liczymy rezystancję jako suma R8 i R7 ?

    Dalej w zależności od tego czy Q3 zwiera do masy czy nie jest otwarty Q4 lub Q5.

    Rezystancje R11 i R12 w układzie wynoszą 430 om.

    Zatem prąd ładowania/rozładowania bramki mosfeta wynosi (12V-1,7V)/430om=26 mA pomijając oczywiście rezystancję wewnętrzną samej bramki.

    Czas przełączania licząc ze zworu t=RC przyjmując pojemność bramki 40 pF (odczytana maksymalna wartość z DS BS170) wynosi 40x10^-12*430=17 ns.

    Nie wie jak obliczyć straty mocy przy częstotliwości 25kHz.

    Czy te obliczenia mają coś wspólnego z prawdą ?
  • #2 8128041
    janbernat
    Poziom 38  
    Bo to nie tak zaraz straty mocy da się obliczyć.
    To że 25kHz- ale jaki kształt przebiegu.
    Przy impulsach o dużym wypełnieniu decydują straty statyczne- prąd płynie i Rds-on decyduje o stratach.
    Jak impulsy są wąskie- a też mają 25kHz- to tranzystor w czasie przełączania pracuje liniowo i straty w tym zakresie oblicza się z trójkąta mocy traconej przed i za trapezoidalnym kształtem prądu/napięcia.
    W tranzystorach większej mocy to jest czasem podane.
    Spróbuj ekstrapolować te dane na BS170.
  • #3 8128088
    sulfur
    Poziom 24  
    Rozumiem.
    A czy reszta obliczeń jest poprawna ?
    Moim zdaniem bramka MOSFETA powinna pracować w zakresie napięć 1,7V do 10,3V.

    Załączam oscylogram pracy powyższego układu przy częstotliwości 5,86 kHz na tranzystorze BUZ11. Wypełnienie 50%.

    Albo czegoś nie rozumiem, albo teoria nie pokrywa się z praktyką.

    Czasy otwierania i zamykania mosfeta. Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

    Proszę o rady, co z tym zrobić.
  • #4 8128171
    janbernat
    Poziom 38  
    Obliczenia mają coś wspólnego z prawdą.
    Ale o jakie rady Ci chodzi?
    Bramka MOSFETA nie pracuje- ona się tylko ładuje/rozładowuje przez oporność i pojemność.
    Własną i ewenualnie zewnętrzną.
    W czasie gdy się ładuje/rozładowuje zmienia swój potencjał względem źródła.
    To oznacza że w tym czasie zmienia się rezystancja Żródło- Dren.
    To trzeba by scałkować- po czasie.
    Potem stan się ustala- napięcie na bramce powoduje że rezystancja żródło- dren jest stała.
    To też można scałkować- ale jest to prosta funkcja- więc można obliczyć z prawa OHm-a.
  • Pomocny post
    #5 8128178
    tmf
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Policzenie tego nie jest takie proste. Po pierwsze w swoich obliczeniach pomijasz napięcie nasycenia tranzystorów bipolarnych. Po drugie straty na MOSFEcie musisz rozbić na co najmniej dwie komponenty - pierwsza w miarę prosta to uwzględnienie zmieniającego się RDS podczas otwierania/zamykania tranzystora, to zależy od prędkości drivera. Rezystancje przejściowe znajdziesz na stosownym wykresie w nocie do MOSFETa. Jeśli przełączanie jest szybkie to te straty są niewielkie i dla uproszczeń możesz przyjąć za właściwe RDSon - ale to z kolei zależy od potencjału bramki. Druga komponenta to straty na bramce MOSFETa. Te rosną wraz z częstotliwością przełączania - bramka magazynuje pewien ładunek, który przy każdym przełączeniu zamienia się w ciepło. Ładunek bramki też znajdziesz w nocie.
    Pytanie brzmi jakie prądy przełączasz? Bo może te całe obliczenia do niczego nie są potrzebne?
  • #6 8128186
    sulfur
    Poziom 24  
    Według oscyloskopu obecnie na bramce panuje napięcie od 4V do 8V względem masy, a moim zdaniem powinno od 1,7V do 10,3V.
    Według tego samego oscyloskopu czas przejścia od 4V do 8V tra 4 mikrosekundy, a powinien według obliczeń w poście 1 wynosić 17 ns (czyli realnie na tym sprzęcie, który posiadam powiniem widzieć linię pionową).

    Oba zrzuty z oscyloskopu w poście poprzednim.

    Oznacza to, że występują u mnie braki w rozumowaniu lub logicznym myśleniu. Proszę więc o wyprowadzenie mnie z błędu.

    edit @tmf: prąd max 0,5A, częstotliwość bezpieczna dla układu ma być 100kHz (czyli przy takiej częstotliwości przełaczania układ ma się nie zniszczyć)

    edit2 @janbernat: mówiąc "bramka pracuje" mam na myśli, że oscylogram 1 powinien być o większej amplitudzie. Jeśli przewodzi górny tranzytor bipolarny to napięcie na bramce powinno wynieść według mnie 12V-1,7V czyli 10,3V, a jest 8V.
    Analogicznie z dolnym, rozładowanie pojemności bramki do 1,7V (spadek na tranzystorze) powoduje brak różnicy potencjałów pomiędzy masą i bramką i tranzystor nie jest w stanie jej dalej rozładować. Czy się mylę ?
  • #7 8128252
    janbernat
    Poziom 38  
    Ale do sterowania baz tranzystorów BC używasz prądu płynącego przez oporniki aż 10kOhm.
    A te tranzystory też maja jakąś pojemność wejściową.
    I też muszą mieć jakiś czas na włączenie.
    No i w emiterach też mają jakieś oporniki.
    P.S.
    Co to za oscyloskop?
    P.S.2
    Obliczenia są potrzebne- dla nauki.
  • #8 8128290
    sulfur
    Poziom 24  
    No dobrze, to teraz pomocnicze pytanie uzupełniające, do jakich wartości mogę "zjechać" (albo raczej powinienem) z wartościami rezystorów, żeby dynamika układu znacznie się poprawiła. Wydajność prądowa uC ATmega8 to 20mA w przypadku masy, zakładając optymistycznie ogólnie 15mA i napięcie 4,3V to R=U/I=286 om. Taki rezystor mógłby wstawić szeregowo nóżkę uC z bramką Q3. Pytanie, co z resztą rezystorów ? Nie potrafię wyciągnąć trafnych wniosków. Nie wiem nawet, czy w obecnej wersji bipolary się nasycają (moim zdaniem według wyliczeń w poście 1 przynajmniej Q3 powinien być nasycony). Czytałem gdzieś, że głębokie nasycanie bipolarów negatywnie odbija się na szybkości przełączania. No i być tu człowieku mądry...

    edit @janbernat: oscyloskop to HSD-15030. Obliczenia robię, bo lubię wiedzieć, co się w układzie dzieje i jak to działa, nawet gdy czasem można coś pominąć należy wiedzieć jak to obliczyć, i naturalnie dlaczego to można pominąć. Ale to tylko moje zdanie.
  • #9 8128353
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #10 8128369
    janbernat
    Poziom 38  
    W ostatnim- "No i być tu człowieku mądry..."- masz rację.
    Tranzystory bipolarne głęboko nasycone wyłączają sie wolno.
    No ale można próbować- ostatecznie nie leci to w kosmos i nie będzie poza wszelką kontrolą.
    Wydajność prądowa ATmegi wystarczy.
    Można zmierzyć H21e tranzystorów BC i dać nieco większy prąd na bazę- aby się płytko nasycił.
    Albo z katalogu.
    Ale na pewno dużo mniej niż 10kOhm.
    No i te oporniki w emiterach- te tranzystory wytrzymują duże prądy w impulsie.
  • #11 8128491
    sulfur
    Poziom 24  
    @atom1477: a co z R7 i R8 ?
  • #12 8128518
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #13 8128572
    sulfur
    Poziom 24  
    A zatem obecna wersja według zaleceń atom1477 prezentuje się tak:
    Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

    Zabieram się do przelutowywania. Jak skończę podziele się efektami. C5 oczywiście wstawię 10nF.

    Jak możesz @atom1477 to powiedz jak liczysz nasycenie tranzystorów w tym układzie.
  • #14 8128585
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #15 8128727
    sulfur
    Poziom 24  
    Na płytce podłączołem jednak do bazy dwa rezystory 100 om zamiast tych 430 przynajmniej tymczasowo.

    Wyszło coś takiego
    Czasy otwierania i zamykania mosfeta.
  • #16 8128757
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #17 8128777
    sulfur
    Poziom 24  
    Sygnał za rezystorem R7
    Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

    To poprzednie to był sygnał na bramce mosfeta.
    Kondensator C5 wstawiłem 10nF (103).
  • #18 8128795
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #19 8128816
    sulfur
    Poziom 24  
    Tak. A podałem Ci ostatni sygnał na bramce Q3. A chciałeś na kolektorze.
  • #20 8128822
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #21 8128860
    sulfur
    Poziom 24  
    Wypełnienie zawsze ustawiam na 50% (0x80 na 8 bitowym PWM).
    Chyba wiem co jest nie tak. Na płytce według schematu powyżej i karty katalogowej kolektor jest podłączony bo masy (Q3). Zaraz sprawdzę Q4 i Q5.

    Dodano po 1 [godziny] 17 [minuty]:

    @atom1477 miałeś rację. Na PCB eagle na odwrót podłączył nóżki (tranzystora Q3 napewno, co do Q4 i Q5 nie chce mi się sprawdzać). Jak odtworzyłem schemat na stykowej (nie licząc kondensatora) to na bramce MOSFETA otrzymałem
    Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

    Przejście z niskiego do wysokiego trwa 2 us.
  • #22 8129417
    _Robak_
    Poziom 33  
    Cytat:

    Raz że powinien być ostry, zróżniczkowany

    Tak dla ścisłości, to układ z rysunku nie różniczkuje sygnału. Żeby tak było sygnał sterujący bazą musiałby iść bezpośrednio przez kondensator do bazy a rezystor do masy.
  • #23 8129487
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #24 8129506
    _Robak_
    Poziom 33  
    Ok, ale rezystor przecież przenosi składową stałą, a kondensator tylko dodaje do przebiegu różniczkę;)
  • #25 8129514
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #26 8129538
    _Robak_
    Poziom 33  
    Ok, w takim razie się zgadzam;]
    Co do kolegi sulfur, a nie wchodzi w grę zastosowanie dedykowanego drivera mosfetów?
  • #27 8129551
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #28 8129942
    sulfur
    Poziom 24  
    @_Robak_: wchodzi w grę, próbowałem kupić dzisiaj TC426 ale czeka mnie chyba zakup przez internet.

    Dodano po 38 [minuty]:

    Pozwolę sobie uzupełnić analizę o oscylogramy napięcia na bramce MOSFETa przy przechodzeniu z L->H i z H->L. wykres przedstawia przebieg "bez obciążenia", czyli bez tranzystora MOSFET w układzie. Dodatkowo w schemacie nie ma kondensatora C5.

    Czasy otwierania i zamykania mosfeta. Czasy otwierania i zamykania mosfeta.

    Czas przejścia L->H trwa 2 us
    Czas przejścia H->L trwa 300 ns

    Rozumiem, że zmniejszenie wartości rezystora R9 o połowę spowoduje zmniejszenie czasu propagacji L->H o około połowę (zagadnienie jest mam nadzieje liniowe)?
    Czy można tak przerobić układ, aby czasy on/off były zbliżone ?
    Testy z driverem do MOSFETów przeprowadzę, jak tylko zdobędę jakiś.

    Statyczne straty mocy na BS170 oblicza się ze wzoru I^2*R gdzie R to jest z noty katalogowej tranzysotra typowo 1,2 oma maksymalnie 5 omów, a I to jest prąd płynący przez tranzystor. Zatem dla prądu 150mA i 5 omów daje straty statyczne 112,5mW. Oczywiście jest to prawda dla pracy ciągłej tranzysotra (czyli powiedzmy wypełnienie 100% jeśli chodzi o PWM).

    W przypadku błędnych obliczeń proszę o korektę.

    Dodano po 16 [minuty]:

    Wiem że to podchodzi pod spam ale postanowiłem dołożyć jeszcze ten kondensator no i muszę stwierdzić, że atom1477 masz u mnie taki naprawdę spory czteropak.

    Z kondensatorem C5 o wartości 10nF (103) czasy wyglądają następująco:
    L->H 500 ns
    H->L 22 ns

    Nie wrzucam grafiki żeby nie podpaść moderatorom.

    Pozostaje aktualne pytanie, czy da się przerobić układ tak, aby czasy były do siebie zbliżone ?
  • Pomocny post
    #29 8130121
    deksta84
    Poziom 24  
    Witam
    Możesz najwyżej wydłużyć czas L. Sam robiłem nagrzewnicę indukcyjną na częstotliwość do 300kHz.
    Jakbyś miał napięcie +-, to już inna bajka.
    Sterowniki pól-mostkowe sprawdzają się świetnie dla zdwojonego napięcia. W ogóle poco ten rezystor od kolektora górnego tranzystora? Układ do przebudowy, tak aby na bazy sterownika był wymuszany tranzystorem plus, a nie masa.
    Wtedy czasy się zamienią miejscami. Wystarczy potem dodać równolegle do rezystora bramki kondensator. Jak będzie miał impuls H to się naładuje, jak impuls L, to na bramce będzie wymuszony minus. Jak w pompie ładunkowej.
  • #30 8130217
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
REKLAMA