Czas, prąd przeładowania MOSFET

Witam, chciałem wykonać przetwornicę half-bridge w której do sterowania napięciami na kluczach MOS (IRF840) odbywa się poprzez transformator sterujący.



Chciałem wykonać taką przetwornicę na użytek własny a także w celach "edukacyjnych" , układ został zaczerpnięty z obszernego tematu DIY kolegi Qwet.

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1287723.html

Chciałbym zatem wyznaczyć +/- moc transformatora T2 (sterujący MOS'ami), z noty katalogowej IRF 840 odczytałem parametry:



Q_g = 75 nC
C_iss = 1.3 nF
C_rss = 0.2 nF

Moje parametry:

f_TL494 = 64 KHz
dU_gs =18 V
dU_ds = 160 V

Założyłem że chciałbym uzyskać czas przeładowywania pojemności bramki MOS rzędu dt = 100 ns (okres sygnału prostokątnego to około 15.5us z wypełnieniem 86%). Zatem idąc za tym co znalazłem w Sztuce Elektroniki i na naszym forum obliczyłem:

(1) I_g=Q_n / dt = 75 nC / 100 ns = 0.75 A (z noty IRF 840, wzór polecany na forum, rzekomo zawyżający prąd)
(2) I_g = C_iss * dU_gs / dt + C_rss * dU_ds / dt = 0.23 A + 0.32 A = 0.55 A (wzór zaniżający prąd z Sztuki Elektroniki )

Powiedzmy że prąd będzie około 0.65 A (a raczej "szpilki" przeładowywania) dla prostokąta j.w. o amplitudzie 18 V. Zatem czy wystarczy mi transformator np 5 VA? Czy poprawnie oszacowałem ten prąd przeładowania?

Jeszcze jeden problem dotyczy zrozumienia działania bufora przed tymi MOS'ami, proces rozładowywania przez tranzystory PNP jest oczywisty, ale jak wygląda proces ładowania pojemności bramki MOS? Autor opisał zastosowanie diod D 18 - 21 jako "odciążających" transformator, gdyż pozwalają one na przeładowanie pojemności prądem z źródła MOS'a, zamiast z transformatora? Jeśli tak to jaki szacunkowy prąd może płynąć wtedy z transformatora do bramki?

Quote:

(1) I_g=Q_n / dt = 75 nC / 100 ns = 0.75 A (z noty IRF 840, wzór polecany na forum, rzekomo zawyżający prąd)
(2) I_g = C_iss * dU_gs / dt + C_rss * dU_ds / dt = 0.23 A + 0.32 A = 0.55 A (wzór zaniżający prąd z Sztuki Elektroniki )

Rząd wielkości sie zgadza.
Lepszym sposobem jest posłuzenie sie charakterystyką "Fig. 6 - Typical Gate Charge vs. Drain-to-Source Voltage" można ją potraktować jak przebieg napięcia w czasie, dla 1A 1nC=>1ns.

Quote:

Zatem czy wystarczy mi transformator np 5 VA?

Przy projektowaniu, albo nawet przy kupowaniu transformatora impulsowego nie potrzebujesz znać mocy pozornej.

Quote:

Jeszcze jeden problem dotyczy zrozumienia działania bufora przed tymi MOS'ami, proces rozładowywania przez tranzystory PNP jest oczywisty, ale jak wygląda proces ładowania pojemności bramki MOS? Autor opisał zastosowanie diod D 18 - 21 jako "odciążających" transformator, gdyż pozwalają one na przeładowanie pojemności prądem z źródła MOS'a, zamiast z transformatora? Jeśli tak to jaki szacunkowy prąd może płynąć wtedy z transformatora do bramki?

Ładowanie przez diody, rozładowanie przez tranzystor, żadnej magii tu nie ma.

Dzięki wielkie rozumiem że transformatory sieciowe określa się poprzez właśnie moc w VA (gdzie mamy I i U przemienne) a dla tranzystorów impulsowych wyznacza się parametr mocy obliczeniowej transformatora? Z racji że określenie U_sk i I_sk dla przebiegów impulsowych byłoby trochę kłopotliwe? I jeszcze jedno pytanie czy indukcyjność uzwojeń pierwotnego i wtórnego jest istotnym parametrem dla transformatora (zarówno sieciowego i impulsowego)?

EDIT:

Jest dużo różnych ciekawych postów gdzie opisano proces projektowania transformatorów, jeśli uda mi sie to zebrać do kupy to wrzucę tutaj i poproszę o sprawdzenie

Quote:

rozumiem że transformatory sieciowe określa się poprzez właśnie moc w VA (gdzie mamy I i U przemienne)

Transformatory sieciowe pracują zawsze przy takim samym napięciu, sinusoidalnym, o częstotliwości 50Hz, dlatego mozna było proces projektowania uprościć, stąd popularna reguła wiążąca moc z przekrojem rdzenia, ale jak zmienisz częstotliwość to wszystko sie zmieni.

Quote:

a dla tranzystorów impulsowych wyznacza się parametr mocy obliczeniowej transformatora?

Można wyznaczyć, żeby orientacyjnie dobrać wielkość rdzenia z katalogu, jednak moce transformatorów sterujących są niewielkie i stosuje sie nicco wieksze rdzenie niż minimum bo i tak są małe.

Quote:

Z racji że określenie U_sk i I_sk dla przebiegów impulsowych byłoby trochę kłopotliwe?

Napiecie skuteczne nie ma znaczenia, w katalogach fabrycznych transformatorów impulsowych spotkasz parametr - całka z napięcia po czasie, (przykładowo jesli transformator nie nasyci się przy 1V przez 100us to mozna podać 10V przez 10us, albo 50V przez 2us), prąd skuteczny potrzebny jest do wyliczenia średnicy drutu, ale obciążenia są małe i często daje sie grubszy drut żeby było łatwiej nawijać oraz żeby równomiernie wypełnić całą szerokość okna (zmniejsza indukcyjność rozproszenia)

Quote:

I jeszcze jedno pytanie czy indukcyjność uzwojeń pierwotnego i wtórnego jest istotnym parametrem dla transformatora (zarówno sieciowego i impulsowego)?

W impulsowym do flyback'a jest w pozostałych nie, indukcyjność rozproszenia bywa istotnym parametrem w transformatorach impulsowych bo pogarsza czas narastania, a w transformatorach impulsowych mocy niepotrzebnie gromadzi energię.

Super, dziękuję Ci bardzo, w mojej topologii bardzo zależy mi właśnie żeby transformator mocy gromadził jak najmniej energii (koniecznie bez szczeliny, na ile to możliwe), a co do transformatora sterującego MOS'ami przypuszczam że byłoby to także wadą. Jeszcze raz dzięki postaram się wrzucić przebieg mojego myślenia przy proejktowaniu takiego tranformatorka i bede prosił o weryfikacje