Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[Rozwiązano] Prąd ładowania pojemności bramka-źródło a timer 555

25 Lut 2019 00:33 261 6
  • Poziom 9  
    Witam,

    przychodzę na forum z pytaniem odnośnie działania układu na załączonym schemacie. Jak widać, bramka tranzystora MOSFET jest bezpośrednio połączona z wyjściem układu 555. U mnie pracuje to jako część przetwornicy i działa całkiem dobrze, nie tego jednak będzie dotyczyć moje pytanie. W układzie takim, pracującym z częstotliwością ok. 20kHz, za każdym razem przed wysterowaniem tranzystora musi naładować się pojemność występująca pomiędzy bramką a źródłem tranzystora (dla użytego przeze mnie IRF630 wynosi ona około 1 nF). Z tego na ile rozumiem to zjawisko, wynika, że prąd ładowania tego "kondensatora" wyniesie: $$i_{c}=\frac{E}{R}e^{-\frac{t}{RC}}.$$E w tym przypadku jest równe napięciu wyjściowemu z układu 555, a R - całkowitej rezystancji, która, jeśli dobrze rozumiem, składa się z rezystancji połączeń pomiędzy timerem a bramką oraz rezystancji wyjściowej samego timera, nie wiem jednak ile ona wynosi. Z powyższego wzoru wynika również, że prąd w początkowym stadium ładowania osiąga bardzo duże wartości, kilkudziesięciokrotnie przekraczające możliwości prądowe wyjścia 555. Średni prąd płynący przez czas jednego załączenia (≈25 µs) jest jednak bardzo mały i wynosi zaledwie 200 µA (obliczyłem go całkując powyższy wzór a następnie podzieliłem przez czas, ponieważ z całki prądu dostaniemy ładunek a prąd to ładunek przez czas).
    Czy powinienem zatem przejmować się tym chwilowym skokiem prądu i czy będzie on w dłuższej perspektywie zagrożeniem dla układu?
    Jeśli nie, to czy za wartość prądu należy przyjąć obliczone 200 µA czy jest jeszcze inny sposób na jego określenie?

    Oprócz powyższego, jestem ciekaw czy trzeba w takim układzie umieścić rezystor R1 rozładowujący tą pojemność gdy stan 555 zmieni się na niski, czy rozładuje się ona sama poprzez 555?

    Prąd ładowania pojemności bramka-źródło a timer 555

    Za każdą pomoc w rozwianiu moich wątpliwości z góry dziękuję :)
  • Pomocny post
    Poziom 29  
    Z noty katalogowej NE555 wynika, że maksymalny prąd wyjścia nie powinien być większy niż 225mA. Bywa, że elementy mogą być mocniej dociążane w impulsach, ale tutaj tego nie doczytałem, więc należy to przyjąć jako limit i kropka.
    Prąd w impulsie można, a nawet trzeba obniżyć do limitu NE555 poprzez szeregowy rezystor, jeśli chcesz go sterować w ten sposób.
    Dla zwiększenia efektywności przełączania tranzystora (newralgiczne jest przejście bramki ze stanu wysokiego do niskiego, czyli wyłączenie tranzystora) dobrze zastosować prosty driver z tranzystora, diody i rezystora. Np. jak tutaj: http://www.ti.com/lit/ml/slua618a/slua618a.pdf na stronie 20.
    Rezystor do masy warto stosować, jeśli na bramce może pozostać ładunek przy wyłączeniu i spowodowałoby to pozostawienie tranzystora przez długi czas w stanie otwarcia. Zwykle nie trzeba, gdy stosujemy drivery, przy NE555 prawdopodobnie też jest zbędny, ale dla świętego spokoju można zostawić.
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    Proces i zjawiska związane z przeładowaniem i rozładowaniem bramki w MOSFET opisałem w tym artykule:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3474295.html

    Ogólnie NE555 bardzo słabo nadaje się do sterowania kluczami, właśnie z tego tytułu, że ma bardzo dużą rezystancję wewnętrzną. Dobre drivery potrafią "podać" na ładowną bramkę nawet kilka amperów.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Posługiwanie się pojemnością daje kilkukrotnie zaniżone rezultaty, lepiej liczyć z ładunku bramki który dla tego tranzystora wynosi do 43nC przy 10V taki ładunek zgromadził by kondensator 4,3nF

    SuhaK01 napisał:
    Jeśli nie, to czy za wartość prądu należy przyjąć obliczone 200 µA czy jest jeszcze inny sposób na jego określenie?
    W liczone z ładunku wychodzi bliżej 900uA ale to i tak mało.

    SuhaK01 napisał:
    E w tym przypadku jest równe napięciu wyjściowemu z układu 555, a R - całkowitej rezystancji, która, jeśli dobrze rozumiem, składa się z rezystancji połączeń pomiędzy timerem a bramką oraz rezystancji wyjściowej samego timera, nie wiem jednak ile ona wynosi.
    Rezystancja wyjściowa timera jest nieliniowa, w dokumentacji są charakterystyki spadku napięcia na tranzystorach wyjściowych w funkcji prądu, można to matematycznie zamodelować stałym spadkiem napięcia i rezystancją.

    W porządnie zaprojektowanym urządzeniu należało by ten prąd ograniczyć do 200mA, a jeśli to nadmiernie zwiększy czasy przetłaczania to dodać wtórnik komplementarny.

    Dodano po 13 [minuty]:

    _lazor_ napisał:
    Ogólnie NE555 bardzo słabo nadaje się do sterowania kluczami, właśnie z tego tytułu, że ma bardzo dużą rezystancję wewnętrzną.
    Kontrowersyjne stwierdzenie, do 200mA bipolarny NE555 ma raczej niską rezystancję wewnętrzną, mało który w popularnych układów scalonych znanych od dziesięcioleci i dostępnych w "sklepie za rogiem" ma tak dużą wydajność prądową, wersja CMOS ma dużo większą rezystancje wyjściową ale jest szybsza od podstawowej. Co nie zmienia faktu że to w wielu przypadkach za mało, wtedy warto użyć czegoś odpowiedniego.

    Jednak nie warto przesadzać, są drivery które przeskładując pojemność bramki w kilka ns, tylko wtedy o wiele trudniej filtrować zakłócenia wynikające z tak szybkiego przełączania tranzystorów.
  • Poziom 9  
    Zatem muszę ten prąd ograniczyć. Dla moich częstotliwości powinien wystarczyć rezystor (np. 47Ω), czas przeładowania bramki wyniesie około 1µs także chyba można takie rozwiązanie zastosować.

    chudybyk napisał:
    Dla zwiększenia efektywności przełączania tranzystora (newralgiczne jest przejście bramki ze stanu wysokiego do niskiego, czyli wyłączenie tranzystora) dobrze zastosować prosty driver z tranzystora, diody i rezystora.
    Po zastosowaniu takiego drivera rezystor rozładowujący staje się już kompletnie zbędny, tak? A tak poza tym, dzięki za ciekawą lekturę :)

    _lazor_ napisał:
    Proces i zjawiska związane z przeładowaniem i rozładowaniem bramki w MOSFET opisałem w tym artykule:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3474295.html
    Również dziękuję, wielu rzeczy się z niego dowiedziałem :)

    jarek_lnx napisał:
    Posługiwanie się pojemnością daje kilkukrotnie zaniżone rezultaty, lepiej liczyć z ładunku bramki który dla tego tranzystora wynosi do 43nC przy 10V taki ładunek zgromadził by kondensator 4,3nF
    Tego nie wiedziałem, dzięki za rozjaśnienie sytuacji :D
  • Pomocny post
    Poziom 29  
    SuhaK01 napisał:
    Po zastosowaniu takiego drivera rezystor rozładowujący staje się już kompletnie zbędny, tak?

    Nie. To zależy od Twojej aplikacji. Wspominałeś o przetwornicy, więc należałoby się zastanowić, czy NE555 może mieć na wyjściu stan nieustalony albo wysokiej impedancji i jak długo. Takie stany zwykle występują przy włączaniu i wyłączaniu urządzeń. Jak już pisałem, pewnie jest zbędny, ale dla świętego spokoju zostawiłbym ten rezystor (tylko przemieściłbym go na bazę tranzystora pnp).
    Ten driver ma na celu szybkie wyłączanie tranzystora typu mosfet i niewiele więcej (zwykle z tym jest największy problem przy redukcji strat na przełączaniu). Rezystor rozładowujący jest natomiast zbędny przy stosowaniu bardziej zaawansowanych układów typu "Low-side driver", których na rynku jest mnóstwo.
  • Poziom 9  
    Dziękuję wszystkim za poświęcony czas i zainteresowanie. Wydaje mi się że wszystko jest już dla mnie jasne, więc temat rozwiązuję.