Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów

OgoN92 21 Nov 2020 23:22 2514 29
  • #1
    OgoN92
    Level 9  
    Cześć Wam, chce zrozumieć jak dobierać rezystory do tranzystorów MOSFET, tak żeby prawidłowo pracowały i się nie grzały. Bardzo bym prosił, żebyście wytłumaczyli mi to na poniższym przykładzie tranzystorów N-MOSFET oraz P-MOSFET, jak Wy to robicie w praktyce?

    1. Schemat dla N-MOSFET:

    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów



    2. Schemat dla P-MOSFET:

    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów

    - Jak dobrać wartości rezystorów R4, R5, R70, R71, R72?
    - Na co mam patrzeć w DS i jakich wzorów użyć?
    - Często widziałem jeszcze rezystor ściągający do masy na bazie tranzystora NPN. Dlaczego? Jak go dobrać? Czy w tych przykładach to błąd, że go nie ma?
    - Widziałem też gdzieś dodatkowo rezystor na bramce P-MOSFET (tu go nie ma). Jak go dobrać? Czy to błąd, że go nie ma?

    Proszę o wyrozumiałość i rzetelne wytłumaczenie, jeśli zrozumiem to na tych dwóch przykładach to myślę, że z innymi schematami będę sobie sam radził. Zależy mi żeby się tego nauczyć :)
  • #2
    moze-byc
    Level 28  
    Straty w tranzystorach mosfet dzielimy na dynamiczne i statyczne.
    Statyczne, w stanie albo pełnego otwarcia, albo pełnego zamknięcia. Wiadomo, przy zamkniętym tranzystorze prąd przez niego płynący jest minimalny, strat prawie nie ma. Straty w stanie przewodzenia wynikają z prądu płynącego przez dren tranzystora oraz z rezystancji kanału. Rezystancję kanału w stanie włączonym sprawdzisz w nocie katalogowej, ma ona symbol Rds(on).
    Straty dynamiczne to inna bajka. Ogólnie mosfety zwykle pracują we współpracy z driverami mosfet. By ograniczyć straty dynamiczne zwane też stratami przełączania, trzeba jak najszybciej przełączyć tranzystor. Znaczy naładować jego bramkę do odpowiedniego napięcia -> dostarczyć do niej odpowiedni ładunek -> musi płynąć odpowiednio duży prąd przez krótki czas. Czyli im większy prąd popłynie do bramki tym szybciej przełączy się tranzystor. Liczy się dla nas impedancja ścieżki łączącej bramkę ze źródłem zasilania. W przypadku driverów Mosfet są to wartości poniżej 1 oma pozwalające na ładowanie bramek krótkimi impulsami po kilkanaście a nawet kilkadziesiąt amperów.
    Więcej o tym przeczytasz tutaj:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=17293463#17293463

    W Twoim przypadku rezystancja która ogranicza prąd ładowania bramki to rezystory R71 i R4. Muszą być rzędu kiloomów by prąd pobierany przez ukłąd sterowania i płynacy tranzystorem bipolarnym był... sensownej wartości. Dlatego Twój układ stosuje się w miejscach gdzie tranzystor nie przełącza się często, nie przełącza olbrzymich prądów że straty jednego długiego przełączenia go spalą. Rezystory jak mówiłem duże rzędu kiloomów a nawet dziesiatek kiloomów.
    Odnośnie rezystorów R5 i R72, wszystko rozbija się o prąd bramki tranzystora. To tranzystor bipolarny, także ma on pewne wzmocnienie (hfe lub beta - stosunek prądu kolektora do prądu bazy). Ale! W takich układach pracuje on w nasyceniu - sprawdzamy w nocie katalogowej lub obliczamy jako prąd większy od Ib=Ic/hfe.
    Powiedzmy wyszedł nam prąd 5mA. Sterujemy z 5V, wiemy że spadek napięcia baza-emiter to 0.6V, więc pozostałe 4,4V przy prądzie 5mA musi odłożyć się na rezystorze. Prawo ohma i mamy wartość 880 omów, w szeregu wartości sprawdzamy najbliższy w tym przypadku mniejszy.

    OgoN92 wrote:
    Często widziałem jeszcze rezystor ściągający do masy na bazie tranzystora NPN, dlaczego? jak go dobrać? czy w tych przykładach to błąd, że go nie ma?

    Nie, to nie błąd. Jest on niepotrzebny.
    OgoN92 wrote:
    Widziałem też gdzieś dodatkowo rezystor na bramce P-mosfeta (tu go nie ma), jak go dobrać? czy to błąd, że go nie ma?

    Chodzi Ci o połączenie bramka-źródło? Tak, często jest to rezystor o wartości setek kiliomów a nawet 1 megaoma. Ma on na celu rozładowywać bramkę tranzystora trzymając go zamkniętego.
    w tym przypadku... nie zaszkodzi.
  • #3
    OgoN92
    Level 9  
    To zacznę od rezystorów tranzystorów bipolarnych. Żeby policzyć prąd bazy to sprawdziłem w nocie katalogowej tranzystora BC817:
    Ic=500mA - tabela maksimum ratings
    hfe=250...600 dla Ic=100mA lub 40 dla Ic=500mA

    Oraz tranzystor BC337-25:
    Ic=800mA - tabela maksimum ratings
    hfe=160...400 dla Ic=100mA lub 60 dla Ic=300mA

    Teraz które wartości mam podstawić, żeby policzyć prąd bazy?
  • #4
    moze-byc
    Level 28  
    OgoN92 wrote:
    To zacznę od rezystorów tranzystorów bipolarnych. Żeby policzyć prąd bazy to sprawdziłem w nocie katalogowej tranzystora BC817:
    Ic=500mA - tabela maksimum ratings

    Nie, w tabeli electrical characteristics:
    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów
    Ale! Jak pisałem wcześniej w takich układach zwykle chcemy by tranzystor bipolarny pracował w nasyceniu (bardzo mały spadek napięcia Uce). Potrzebujemy więc znać prąd bazy w nasyceniu LUB wzmocnienie w nasyceniu.
    W tej nocie katalogowej znajdziesz taki wykres:
    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów
    W którym podani na górze Ic/Ib=10 i to jest wzmocnienie w nasyceniu.
    To oznacza że by uzyskać prąd kolektora powiedzmy 10mA (taki zakladamy), potrzebujemy bazą puścić 1mA.
  • #5
    OgoN92
    Level 9  
    Czyli, żeby tranzystor pracował w nasyceniu z założonym prądem kolektora 10mA (spadek napięcia Uce około 0,03V ?) potrzebuję rezystora na bazie:

    wzmocnienie w nasyceniu
    Ic/Ib=10
    10mA/1mA=10

    spadek napięcia baza-emiter 0,6V
    Ub=5-0,6=4,4V

    rezystor bazy
    Rb=Ub/Ib=4,4V/0,001A=4,4k

    Teraz sprawdzam z szeregu niższą najbliższą wartość rezystora tak? Jeszcze pytanie czy spadek napięcia to Ube(on)? Który też odczytuję z wykresu?
  • Helpful post
    #6
    moze-byc
    Level 28  
    OgoN92 wrote:
    Teraz sprawdzam z szeregu niższą najbliższą wartość rezystora tak?

    Tak, ale najbliższą mniejszą. Gdybyś dał większą niż to co policzyłeś popłynąłby za mały prąd i tranzystor by się nie nasycił.
    OgoN92 wrote:
    Jeszcze pytanie czy spadek napięcia to Ube(on)?

    Takie coś nie istnieje. Coś co podałeś oznaczałoby spadek napięcia między bazą a emiterem w funkcji prądu kolektora.
  • #7
    OgoN92
    Level 9  
    moze-byc wrote:

    OgoN92 wrote:
    Jeszcze pytanie czy spadek napięcia to Ube(on)?

    Takie coś nie istnieje. Coś co podałeś oznaczałoby spadek napięcia między bazą a emiterem w funkcji prądu kolektora.


    Czyli przyjąłeś spadek napięcia taki jak na diodzie krzemowej i tak mam robić na przyszłość?

    Jak wcześniej pisałeś R4 i R71 muszą być duże rzędu kilku omów ponieważ ograniczają prąd ładowania tranzystorów mosfet. Czyli powinienem wybrać rezystor większej mocy niż standardowy 0,25W tak?

    Dodatkowo skąd mam wiedzieć jakim prądem powinna zostać ładowana bramka mosfeta, żeby się w miarę szybko przełączył i żeby go nie uszkodzić? Bo nie mogę znaleźć odpowiedniego parametru w nocie? Czy mam po prostu wziąść pod uwagę założony przez nas wcześniej prąd (10mA) kolektora tranzystora bipolarnego i policzyć wartość rezystora dla prądu ładowania 10mA?
    Jeśli dobrze wyżej myślę to domyślam się, że jakbym chciał większym prądem łądować czy rozładować bramkę mosfeta (w celu szybszego przełączania) to muszę założyć sobie większy prąd kolektora tranzystorów bipolarnych. Dobrze rozumuję?
  • #8
    krzysiek_krm
    Level 40  
    moze-byc wrote:
    Takie coś nie istnieje. Coś co podałeś oznaczałoby spadek napięcia między bazą a emiterem w funkcji prądu kolektora.

    Chyba czytałeś dokumentację przy jedzeniu i kartki Ci się skleiły, oczywiście że od prądu kolektora zależą napięcia Vbe i Vbesat, ale to w sumie ma niewielkie znaczenie, przy względnie dużym napięciu sterującym
    OgoN92 wrote:
    spadek napięcia baza-emiter 0,6V
    Ub=5-0,6=4,4V

    można śmiało przyjąć 0.6 V, błąd będzie nieznaczny.
    moze-byc wrote:
    Tak, ale najbliższą mniejszą. Gdybyś dał większą niż to co policzyłeś popłynąłby za mały prąd i tranzystor by się nie nasycił.

    Bez żartów, βsat = 10 (czasami 20 lub inna wartość) nie jest aż tak bardzo krytyczna, tranzystor też wejdzie w nasycenie, być może nieco płycej. Z drugiej strony duży prąd bazy może nadmiernie obciążać układ sterujący, np. jakiś µC.
  • #9
    moze-byc
    Level 28  
    krzysiek_krm wrote:
    βsat = 10

    Różne tranzystory mają różne wartości prądu nasycenia. Po to są noty. W nocie tej napisano 10.
    krzysiek_krm wrote:
    Chyba czytałeś dokumentację przy jedzeniu i kartki Ci się skleiły, oczywiście że od prądu kolektora zależą napięcia Vbe i Vbesat, ale to w sumie ma niewielkie znaczenie, przy względnie dużym napięciu sterującym

    Ale autor nie ogarnia policzenia rezystora bazy. Weź mu nie mąć. Na wszystko przyjdzie pora.
  • Helpful post
    #10
    krzysiek_krm
    Level 40  
    moze-byc wrote:
    Różne tranzystory mają różne wartości prądu nasycenia. Po to są noty. W nocie tej napisano 10.

    Chodziło mi o coś zupełnie innego. Jeżeli dla katalogowej wartości βsat = 10 autor dobierze rezystor tak, że βsat wyjdzie mu (na przykład) 12.5 to nic się nie stanie, napisałeś że tranzystor nie wejdzie w nasycenie, co nie jest prawdą, wejdzie tylko płycej, co (paradoksalnie) może być korzystne, tranzystor płycej nasycony szybciej się wyłącza, co może być akurat korzystne.
  • #11
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    Czytając treść wątku odnoszę wrażenie, że dyskusja niechcący zboczyła na inne tory. W #1 autor pisze:
    OgoN92 wrote:
    Cześć Wam, chcę zrozumieć jak dobierać rezystory do tranzystorów mosfet, tak żeby prawidłowo pracowały i się nie grzały.
    Myślę, że na wstępie wyjaśnień problemów ze sterowaniem tranzystorów MOS warto rozdzielić układy na 2 grupy.
    Pierwsza to sytuacja, kiedy tranzystor ma "coś" załączać i wyłączać na tyle rzadko, że nie można mówić o częstotliwości. Może to być np. włączanie oświetlenia.
    Druga to taka, kiedy tranzystor MOS to element wykonawczy np. w zasilaczu impulsowym.

    Problem doboru układu sterującego bierze się z istnienia pojemności pomiędzy bramką a źródłem. To wartości sięgające nawet ponad 2nF zależnie od typu tranzystora.

    Podane w #1 schematy dotyczą 1-go przypadku. Nie ma tu wyraźnych ograniczeń jeśli chodzi o wartości rezystancji R70 czy R4 z punktu widzenia tranzystora MOS (pomijam oczywiście przypadki krańcowe, gdzie wartości miałyby poszybować w MΩ).
    Wspomniana pojemność wejściowa ładuje się wykładniczo ze stałą wynikającą z sumarycznej rezystancji obwodu bramki. Oczywiście tranzystor nagrzeje się podczas trwania stanu nieustalonego (ładowania się w/w pojemności), jednak wobec krótkiego czasu załączania i kilku załączeniach na np. minutę, czy więcej zjawisko można pominąć.
    Przypominam, że to pierwszy przypadek, gdzie tranzystor załącza np. oświetlenie.

    Problemy zaczynają się dopiero w drugim przypadku.

    Jeśli założyć, że pojemność wejściowa to tylko 1nF a szeregowy rezystor ma 1KΩ, to przy zasilaniu 12V napięcie na bramce po czasie równym stałej czasowej osiągnie ok. 7,6V. Tyle będzie po czasie 1µs. Takie napięcie bramki przekłada się na rezystancję kanału. Dalej wszystko zależy od typu tranzystora i od obciążenia.

    Jeśli więc tranzystor tak sterowany miałby pracować w zasilaczu impulsowym, przy częstotliwości np. 100KHz, to grzałby się podczas każdego zbocza, zarówno narastającego jak i opadającego. Po chwili byłby gorący.
    Dlatego w układach impulsowych stosuje się rozbudowane układy sterujące bramką, bądź specjalizowane układy - drivery. Taki sposób zapewnia szybkie naładowanie i rozładowanie pojemności bramki.
  • #12
    OgoN92
    Level 9  
    krzysiek_krm wrote:
    Jeżeli dla katalogowej wartości βsat = 10 autor dobierze rezystor tak, że βsat wyjdzie mu (na przykład) 12.5 to nic się nie stanie, napisałeś że tranzystor nie wejdzie w nasycenie, co nie jest prawdą, wejdzie tylko płycej, co (paradoksalnie) może być korzystne, tranzystor płycej nasycony szybciej się wyłącza, co może być akurat korzystne.


    Dobrze wiedzieć takie rzeczy. Ale czy to nie będzie wtedy działanie na niekorzyść tranzystora i np. skrócenie jego żywotności?

    W.P. wrote:
    Podane w #1 schematy dotyczą 1-go przypadku. Nie ma tu wyraźnych ograniczeń jeśli chodzi o wartości rezystancji R70 czy R4 z punktu widzenia tranzystora MOS (pomijam oczywiście przypadki krańcowe, gdzie wartości miałyby poszybować w MΩ).
    Wspomniana pojemność wejściowa ładuje się wykładniczo ze stałą wynikającą z sumarycznej rezystancji obwodu bramki. Oczywiście tranzystor nagrzeje się podczas trwania stanu nieustalonego (ładowania się w/w pojemności), jednak wobec krótkiego czasu załączania i kilku załączeniach na np. minutę, czy więcej zjawisko można pominąć.
    Przypominam, że to pierwszy przypadek, gdzie tranzystor załącza np. oświetlenie.


    Jeśli nie ma wyraźnych ograniczeń to jak mam podejść do doboru rezystorów na przykładowych schematach w #1 do właśnie takiego sporadycznego załączania tranzystora jak opisałeś w w/w cytacie? W #7 napisałem jak mi sie wydaje od czego zacząć, czy dobrze myślę?

    W.P. wrote:
    Problemy zaczynają się dopiero w drugim przypadku.

    W.P. wrote:
    Dlatego w układach impulsowych stosuje się rozbudowane układy sterujące bramką


    Też mnie ciekawi temat sterowania z większą częstotliwością np. PWM. Czy pokazałbyś mi przykład takiego rozbudowanego układu?
  • #13
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    OgoN92 wrote:
    Jeśli nie ma wyraźnych ograniczeń to jak mam podejść do doboru rezystorów na przykładowych schematach w #1 do właśnie takiego sporadycznego załączania tranzystora
    Jeśli układ ma załączać obciążenie sporadycznie to R70 możesz wybrać z pozwalając sobie na wielką swobodę z przedziału 30Ω÷10KΩ. Taki zakres oczywiście wpłynie na nachylenie krzywej ładowania i rozładowania pojemności wejściowej ale dalej w bezpiecznym zakresie.

    Podobnie jest z pozostałymi wartościami. R71 może przyjąć dowolną (rozsądną) wartość. Tutaj za kryterium przyjąłbym możliwie małą moc wydzielaną na R71.
    Po prostu nie trzeba tu dużo, gdyż nie ma uzasadnienia wobec zerowego prądu bramki w stanie ustalonym. Można więc zawęzić przedział dla R71 do 4K7÷47K.

    R72 obliczany pobieżnie zależnie od wartości napięcia sterującego i wzmocnienia prądowego tranzystora T4, który ma pracować w stanie nasycenia.
    Nawet bez znajomości typu można szacunkowo przyjąć wartość wzmocnienia jako 250. Dla tej wartości i znajomości prądu Ic możesz wyliczyć potrzebną wartość prądu bazy, po czym uwzględniając wartość napięcia sterującego i spadek napięcia na złączu baza-emiter wyliczyć potrzebną wartość R72.

    Powyższe szacunkowe wyznaczenie R72 to nie koniec, to zaledwie wyznaczenie rzędu wielkości. Opieranie się na wartości wspcz. wzmocnienia prowadzi do wyznaczenia R72 dla pracy w stanie aktywnym. Tutaj zaś tranzystor nie może pracować w takim stanie.

    Można przyjąć, że wyznaczona wartość doprowadzi tranzystor do pracy na granicy stanu aktywnego i stanu nasycenia. Należy więc przyjąć tzw. współczynnik przesterowania. To parametr, który oznacza ile razy rzeczywisty prąd bazy jest większy od prądu wyznaczającego granicę stanu aktywnego i nasycenia.

    Możesz do obliczeń przyjąć 3÷8. czyli obliczony wyżej prąd bazy zwiększyć tylokrotnie i powtórzyć obliczenia wyznaczające ostateczną wartość R72.

    Opisałem to trochę chaotycznie bo cenię dociekliwość o chęć zrozumienia problemu. Poza tym widok za oknem nie nastraja do choćby myśli o spacerze.

    Tytułem dokończenia... Z praktyki wiem, że taki układ liczy raz a potem poznawszy zakres wartości przyjmuje się je wpatrując się w sufit.
    Poza tym zauważ, że czy przyjmiesz R72 jako 50, czy 200KΩ to i tak nie zauważysz różnicy w pracy układu, nie uszkodzisz tranzystora. Nie ma tutaj także jakichś ograniczeń co do doboru typu. Wybór BC817 nie jest błędem, ale tutaj to armata na muchę. Mógłby być np. BC848.
    Zasadą jest dobierać elementy nieco "większe" niż te wynikające z obliczeń.

    Drugi schemat, dla kanału P. Ponownie jak wyżej zakładam sterowanie sporadyczne.
    Ten układ będzie działał, jednak techniczna elegancja nakazuje wstawić jakiś rezystor pomiędzy bramkę a kolektor. To wymóg podyktowany istnieniem pojemności Cgs.
    Jakkolwiek tranzystor bipolarny można rozpatrywać jako źródło prądowe (tutaj ładujące w/w pojemność) to ma on być sterowany z przesterowaniem, jako klucz. Warto więc wprowadzić jakiś rezystor ograniczający prąd. Wstawiłbym coś z przedziału 22÷100Ω. Przy takim przeznaczeniu układu to wartość z sufitu.

    Kryteria wyznaczania R5 i R4 podobne jak w przypadku wyżej.
  • #14
    OgoN92
    Level 9  
    W.P. Tak z ciekawości zapytam jak ustalasz zakres wartości rezystorów? Chodzi mi o R70 i R71. Ustalasz sobie granice prądu? Ale skąd mam wiedzieć do jakich wartości powinienem ograniczyć te prądy?

    W.P. wrote:
    Nawet bez znajomości typu można szacunkowo przyjąć wartość wzmocnienia jako 250. Dla tej wartości i znajomości prądu Ic możesz wyliczyć potrzebną wartość prądu bazy, po czym uwzględniając wartość napięcia sterującego i spadek napięcia na złączu baza-emiter wyliczyć potrzebną wartość R72.


    Tutaj chodzi Ci nie o znajomość maksymalnego prądu Ic tranzystora tylko jakiego prądu Ic w danej aplikacji będę się spodziewał tak? Później po obliczeniach dobrać odpowiedni tranzystor?

    W.P. wrote:
    Ten układ będzie działał, jednak techniczna elegancja nakazuje wstawić jakiś rezystor pomiędzy bramkę a kolektor.


    Pomiędzy bramką p-mosfet a kolektorem tranzystora bipolarnego tak jak w pierszym schemacie?
  • #15
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Tak sobie myślę, że w układach takich jak w pierwszym poście (relatywnie niskie napięcie) to można zacząć standardowo używać driverów mosfet, obecnie są tanie jak barszcz a rozwiązują lwią część problemów.
  • Helpful post
    #16
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    OgoN92 wrote:
    Tak z ciekawości zapytam jak ustalasz zakres wartości rezystorów? Chodzi mi o R70 i R71. Ustalasz sobie granice prądu? Ale skąd mam wiedzieć do jakich wartości powinienem ograniczyć te prądy?
    Pytanie całkiem słuszne...
    Właściwie to nie ma tutaj wyraźnych ograniczeń. Dla dowolnej wartości sumarycznej rezystancji R70 i R71 dojdzie do prawidłowego spolaryzowania bramki i wprowadzenia tranzystora MOS w stan pełnego przewodzenia, nawet gdyby były to megaomy. Bramka jest izolowana, prąd bramki nie płynie (oczywiście w stanie ustalonym).

    Rzecz w tym, że takim sposobem wydłużamy czas stanu nieustalonego (trzeba naładować pojemność C_gs), czyli czasu po którym dojdzie do pełnego przewodzenia, a w zamyśle jest, że włączony tranzystor ma od razu przewodzić. To oczywiście niewielkie czasy - kilka, kilkanaście µs ale to czas kiedy struktura tranzystora nagrzewa się (zależnie od prądu drenu).
    Wniosek z tego, że nie warto zbytnio zwiększać rezystancji obwodu bramki. Cały czas mowa tu o sporadycznym włączaniu tranzystora.

    Teraz ograniczenie "w dół". Można oczywiście w miejsce T4 wstawić tranzystor dużej mocy, każdy, nawet największy. Można także przyjąć wartość R71 jako kilka omów i odpowiednio wyznaczyć R72 (przy dowolnym R70). Też będzie działało, jednak będzie to armata wymierzona w motyla.

    Pozostaje więc zdrowy rozsądek i wstępny dobór elementów oparty na powyższych kryteriach.
    Tranzystor - najmniejszy jaki da się kupić. R71 taki, który nie obciąża zbytnio obwodów zasilania ale zapewnia przepływ prądu mierzalnego prądu (nie wiem jak to bardziej łopatologicznie wytłumaczyć), np. 1mA.

    Trzeba tu mieć na uwadze, że zbyt wielka wartość R71 prowadzi do wyznaczenia (wyliczenia) dużych wartości R72. Może okazać się, że takie dostępne są tylko na zamówienie.

    To trochę tak, jak z szybkim doborem sznurka do bielizny - jeden rzut oka i wiesz, ten za cienki, ten za gruby.

    Można oczywiście zastosować element pośredniczący pomiędzy układem sterującym a tranzystorem zwany driverem. Można, ale tutaj nie ma to uzasadnienia. Warto poznać mechanizm zjawisk jakie zachodzą podczas włączania czy wyłączania tranzystora MOS i na tej podstawie dokonywać wyboru konfiguracji układu sterującego.
    OgoN92 wrote:
    Pomiędzy bramką p-mosfet a kolektorem tranzystora bipolarnego tak jak w pierwszym schemacie?
    Napisałem o elegancji i to miałem na myśli.
    Bez tego rezystora nic złego się nie stanie. Włączony Q2, przez obciążenie widziany jest jako źródło prądowe o prądzie zależnym od prądu bazy. W ten sposób dochodzi do naładowania pojemności bramka źródło T1. Brakujący rezystor pełniłby rolę ogranicznika tego prądu.
  • #17
    OgoN92
    Level 9  
    krzysiek_krm wrote:
    Tak sobie myślę, że w układach takich jak w pierwszym poście (relatywnie niskie napięcie) to można zacząć standardowo używać driverów mosfet, obecnie są tanie jak barszcz a rozwiązują lwią część problemów.


    Sprawdziłem sobie te drivery i są całkiem ciekawe. Na pewno też skorzystam z nich. Ale teraz głównie chciałem poznać czym się kierować w doborze rezystorów do tranzystorów, żeby nie być całkiem zielonym z tego tematu :)

    W.P. wrote:
    Trzeba tu mieć na uwadze, że zbyt wielka wartość R71 prowadzi do wyznaczenia (wyliczenia) dużych wartości R72. Może okazać się, że takie dostępne są tylko na zamówienie.


    Tu trochę nie rozumiem. Jeżeli wstawi się zbyt wielką wartość R71 to będzie mniejszy prąd (np. 1-5mA) na złączu kolektor-emiter T4, a co za tym idzie R72 powinien ograniczyć prąd bazy do niewielkich wartości np. 1mA. Chyba, że źle to rozumiem? Może na jakimś przykładzie bym bardziej zrozumiał.

    Chyba, że chodzi ogólnie o to, żeby sterować bramką dużo mniejszym prądem np. 0,1mA, jeżeli T4 powinien wysterować odpowiednio mały prąd np. 1mA, żeby nie robić tzw. armaty na motyla?
  • #18
    moze-byc
    Level 28  
    OgoN92 wrote:
    Tu trochę nie rozumiem.
    Jak wstawisz bardzo duży rezystor R71 (rezystor kolektorowy tranzystora bipolarnego, on też pośrednio ogranicza prąd bamki tranzystora MOSFET) to bramka tranzystora będzie się wolniej ładowała, tranzystor MOSFET będzie się wolniej włączał, a więc będzie się bardziej grzał, a to i ciepło do odprowadzenia i marnowanie energii (duże straty na przełączanie), na wyjściu będzie nie-prostokątny przebieg napięcia. Za to prąd płynący przez tranzystor bipolarny będzie mały.
    Jeżeli dasz bardzo mały rezystor - to tranzystor MOSFET będzie mógł przełączać się dużo szybciej (i małe straty na przełączanie), ale podczas przewodzenia przez tranzystor bipolarny będzie płynął duży prąd co będzie wydzielało ciepło na nim i na rezystorze, a to i ciepło do odprowadzenia (pozbycia się) i marnowanie energii.
  • #19
    kazikszach
    Level 36  
    Albo źle czytam, albo autor nie podał częstotliwości przełączania, a jest mała i dywagacje o stratach przełączania są zbędne
  • #20
    Matheu
    Level 23  
    kazikszach wrote:
    Albo źle czytam, albo autor nie podał częstotliwości przełączania, a jest mała i dywagacje o stratach przełączania są zbędne
    !!!
    właśnie. Jeśli wątek jest przeznaczony dla POCZĄTKUJĄCEGO - to chyba nie ma sensu wprowadzać "dodatkowego zamieszania" czy niepotrzebnych sprzeczek/ dyskusji pobocznych. Drivery czy też wykorzystywanie MOSFETów w pracy dynamicznej - to już "nieco" wychodzi poza podstawowy "dobór rezystorów" i mogłoby być wydzielone w innym wątku.

    PS Sam wątek (w głównej części) jest bardzo potrzebny
  • #21
    OgoN92
    Level 9  
    Dziękuję Wam za rozjaśnienie sprawy z doborem rezystorów do układów załączanych sporadycznie (bez żadnej konkretnej częstotliwości). Chciałbym się jeszcze odnieść do poniższego cytatu z początku tego wątku:

    W.P. wrote:
    Myślę, że na wstępie wyjaśnień problemów ze sterowaniem tranzystorów MOS warto rozdzielić układy na 2 grupy.
    (...)
    Druga to taka, kiedy tranzystor MOS to element wykonawczy np. w zasilaczu impulsowym.
    (...)
    Problemy zaczynają się dopiero w drugim przypadku.
    (...)
    Dlatego w układach impulsowych stosuje się rozbudowane układy sterujące bramką, bądź specjalizowane układy - drivery. Taki sposób zapewnia szybkie naładowanie i rozładowanie pojemności bramki.


    Znalazłem pdf-a pod tytułem "Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits" i tam jest schemat przedstawiony poniżej:
    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów

    Czy to jest ten wspomniany w cytacie rozbudowany układ sterujący bramką?
    Przy doborze rezystorów w tym układzie jest ważny czas ładowania oraz rozładowywania, moglibyście mi pokazać taki wzór i go trochę objaśnić?
  • Helpful post
    #22
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    By uzasadnić potrzebę rozbudowania układu sterującego tranzystorem MOS w przypadku pracy impulsowej trzeba zacząć od Adama i Ewy, co w dziale "Poczatkujący" nikogo nie dziwi.
    Krotko więc. Tranzystor można rozpatrywać w 3 stanach pracy.
    1. Brak wysterowania (Ugs=0), Id=0; Uds=Uzas. Moc wytracana =0.
    2. Tranzystor wysterowany (Ugs zapewniające pełne otwarcie kanału, różne w zależności od typu tranzystora), Id=Imax (stosownie do obciążenia w obwodzie drenu); Uds≈0. Moc wytracana =0.
    Powyższe stany nie wymagają komentarza.
    3. Niepełne wysterowanie - stan, w którym wysterowanie bramki zapewnia przewodzenie, ale jeszcze nie takie by tranzystor przewodził jak przysłowiowy gwóźdź.
    W tym stanie Id>0 oraz 0<Uds<Uzas, co przekłada się na wydzielaną moc w tranzystorze, a ta na wydzielane ciepło w jego strukturze. Szczyt przypada dla Ugs=0,5Uzas.

    Jeśli tranzystor pracuje sporadycznie jako klucz (łącznik) to można na ten stan pracy, traktowany jako przejściowy pomiędzy całkowitym wyłączeniem a pełnym włączeniem) przymknąć oko. Temat jednak istnieje, gdyż istnieje pojemność wejściowa spowalniająca procesy włączania i wyłączania.

    Nietrudno więc wyobrazić sobie, co byłoby, gdybyśmy w układzie z #1 chcieli sterować z częstotliwością np. 50KHz.

    Stąd potrzeba takiego rozwiązania układu, by maksymalnie ograniczyć straty na przełączanie.
    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów
    Q1 i Q2 zawarte są w wewnętrznej strukturze sterownika, jednak dla ułatwienia zrozumienia działania postanowiłem je wyodrębnić. Zakładam Uzas=12V.

    Ładowanie pojemności C_gs realizuje obwód Q1, R1, rozładowanie Q2, R2+D2 przy niewielkiej pomocy R1. Już na pierwszy rzut oka widoczna jest asymetria.
    By to wytłumaczyć należy uwzględnić dwa aspekty.
    Ładowanie pojemności przebiega wzdłuż krzywej wykładniczej opisanej jako Uc=U[1-e^(-t/T)], gdzie T=R1 x Cgs.
    Tranzystor zaczyna dość wcześnie przewodzić, już dla małych napiec Ugs.

    Stała czasowa dla ładowania Cgs w przybliżeniu określona jest przez R1 (dla ułatwienia pomijam wpływ Q1). Krzywa opisana w/w wzorem rośnie dość stromo, po czasie t=T napięcie na bramce osiągnie ok. 63% napięcia Uzas. To zwykle wystarcza do "przyzwoitego" wysterowania. Dla wyjaśnienia podstawowej idei celowo pomijam mniej ważne fragmenty, takie jak np. typ tranzystora, czy inne czynniki.

    Rozładowanie Cgs (wyłączanie tranzystora) także przebiega po krzywej wykładniczej. Jednak gdyby nie było obwodu R2 i diody to po takim samym czasie (t=T) napięcie na bramce osiągnęłoby wartość ok. 4,4V (0,36 x Uzas). Taka wartość zapewni całkiem dobre przewodzenie wprowadzając tranzystor w obszar stanu aktywnego czyli opisanego wyżej pkt 3.
    Z tego właśnie powodu rozbudowuje się obwód sterowania bramką o elementy R2 i diodę. Takie rozwiązanie wymusza większy prąd rozładowania skracając czas przewodzenie w fazie wyłączania.
    Niewielką modyfikację opisanego układu wprowadza dodanie tranzystora PNP pracującego jako wtórnik emiterowy wspomagający rozładowanie Cgs.
    Tranzystory MOSFET - dobór rezystorów
    A wszystko przez małą pojemność bramka-źródło... :)

    Dodano po 11 [minuty]:

    Ps. R3 to przyzwoitka. Rzecz w tym, że tranzystor jako stopień końcowy umieszczony jest na radionamiarze, płytka z układem nieopodal. Ten rezystor powinien być w pobliżu tranzystora, by chronić go np. przed przypadkowymi błędami podczas uruchamiania układu, takimi jak włączenie bez podłączonego układu sterującego.

    Bramka "w powietrzu" wprowadza tranzystor w nieprzewidywalne stany od przewodzenie po stan aktywny itp. Bramka jest izolowana, więc daje się sterować ładunkiem elektrostatycznym. Obecność R3 wyklucza takie zachowania.

    Kondensator C powinien być umieszczany w pobliżu pary Q1, Q2.
  • #23
    OgoN92
    Level 9  
    Dziękuję za wyczerpującą odpowiedź, bardzo fajnie tłumaczysz bo potrafię dużo zrozumieć. Jedynie mam pytania do poniższych cytatów:

    W.P. wrote:
    Ładowanie pojemności C_gs realizuje obwód Q1, R1, rozładowanie Q2, R2+D2 przy niewielkiej pomocy R1. Już na pierwszy rzut oka widoczna jest asymetria.
    By to wytłumaczyć należy uwzględnić dwa aspekty.
    Ładowanie pojemności przebiega wzdłuż krzywej wykładniczej opisanej jako Uc=U[1-e^(-t/T)], gdzie T=R1 x Cgs.
    Tranzystor zaczyna dość wcześnie przewodzić, już dla małych napiec Ugs.


    Jeśli chodzi o wzór to Cgs[pF] odczytam z wykresu, jest tam równanie Ciss=Cgs+Cgd, oczywiscie pozniej zamienię na Farady.
    Pod R wstawię rezystor 68ohm z Twojego schematu (narazie pomijając Q1) .
    U to nasze założone 12V.
    Uc to napięcie, które po naładowaniu bramki zrówna się z napięciem zasilania? Czyli po przekształceniu wzoru też powinienem podstawić 12V?

    Teraz mam problem z czasem t. Czy to jest czas naładowania pojemności bramki do 100%? Nie wiem jak przekształcić wzór żeby policzyć ten czas. Próbuje już od wczoraj.

    W.P. wrote:
    Stała czasowa dla ładowania Cgs w przybliżeniu określona jest przez R1 (dla ułatwienia pomijam wpływ Q1). Krzywa opisana w/w wzorem rośnie dość stromo, po czasie t=T napięcie na bramce osiągnie ok. 63% napięcia Uzas. To zwykle wystarcza do "przyzwoitego" wysterowania. Dla wyjaśnienia podstawowej idei celowo pomijam mniej ważne fragmenty, takie jak np. typ tranzystora, czy inne czynniki.


    Chyba że wystarczy policzyć stałą czasową ładowania Cgs do 63% jeżeli już dobrze bedzie przewodził, ale jak wtedy wyznaczyć maksymalną częstotliwość sterowania tak, żeby się nie grzał? Oczywiscie uwzględniając czas rozładowania.
  • Helpful post
    #24
    jarek_lnx
    Level 43  
    Pojemność wejściowa MOSFETa bardzo zależy od napięcia i nie bardzo da się cokolwiek policzyć z katalogowej wartości Cgs, dlatego w katalogu podają ładunek bramki i charakterystykę tego ładunku w funkcji napięcia.

    Jak policzysz czas ładowania Cgs to w rzeczywistym układzie zaobserwujesz że ładowanie będzie trwało kilkukrotnie dłużej, także nawet do zgrubnego oszacowania ta metoda sienie nadaje. W IRFZ48 Ciss=2,4nF a przy 12V na bramce ładunek Qg przekracza 80nC czyli tyle ile zgromadził by kondensator 6,6nF
  • Helpful post
    #25
    moze-byc
    Level 28  
    jarek_lnx wrote:
    Pojemność wejściowa MOSFETa bardzo zależy od napięcia i nie bardzo da się cokolwiek policzyć z katalogowej wartości Cgs, dlatego w katalogu podają ładunek bramki i charakterystykę tego ładunku w funkcji napięcia.
    @OgoN92 w poście 2 podlinkowałem do tematu gdzie wyjaśniono jak się to liczy.
  • #26
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    Dziękuję Koledze jarek_lnx za uszczegółowienie mojej wypowiedzi.
    Wiedziałem o nieliniowości pojemności wejściowej, jednak celowo pominąłem ten aspekt by unaocznić podstawowe zjawiska, jakim należy przyjrzeć się podczas konstruowania układów sterujących bramką.
    Przy okazji wyrażam szacunek dla autora wątku za chęć poznania i zrozumienia problemów towarzyszących sterowaniu tranzystora MOS.
  • #27
    OgoN92
    Level 9  
    jarek_lnx wrote:
    Jak policzysz czas ładowania Cgs to w rzeczywistym układzie zaobserwujesz że ładowanie będzie trwało kilkukrotnie dłużej, także nawet do zgrubnego oszacowania ta metoda sienie nadaje. W IRFZ48 Ciss=2,4nF a przy 12V na bramce ładunek Qg przekracza 80nC czyli tyle ile zgromadził by kondensator 6,6nF

    Dziękuję za uświadomienie mnie.

    moze-byc wrote:
    w poście 2 podlinkowałem do tematu gdzie wyjaśniono jak się to liczy.

    Przepraszam za nie uwagę, wtedy jeszcze nie szukałem tak szczegółowych informacji. Dziękuję za przypomnienie.

    W podlinkowanym artykule nie mam pewności do jednej danej. Potwierdźcie czy dobrze myślę.
    Chodzi o Rg, nie jest wyjaśnione skąd wartość 10 ohm. Czy jest to wartość rezystora na bramce?

    @W.P. dla przykładu patrząc na pierwszy schemat, który wkleiłeś (uwzględniając tranzystory) wartość Rg dla ładowania będzie:
    Rg = Rq1 + R1
    Natomiast dla rozładowania:
    Rg = Rq2 + [ (R1*(R2+Rdiody)) / (R1+(R2+Rdiody)) ]

    Czy się mylę?
  • Helpful post
    #28
    moze-byc
    Level 28  
    OgoN92 wrote:
    Chodzi o Rg, nie jest wyjaśnione skąd wartość 10 ohm. Czy jest to wartość rezystora na bramce?

    Tak. Dodaje się takie rezystory w jednym celu - bramka kondensatora ma pewną pojemność, przewody, ścieżki, elementy, mają indukcyjność. Powoduje to że przy przeładowaniach bramki pojawiają się na niej duże oscylacje. Przykładowo ładując tranzystor docelowo do 10V, w krótkim piku może pojawić się na nim nawet 20V a chwilowe oscylacje potrafią nawet obniżyć napięcie poniżej 12V. Ogólnie powoduje to niepoprawną pracę tranzystora i zwiększone wydzielanie ciepła. Dlatego trzeba mniej więcej, doświadczalnie, dobierać rezystory bramkowe które takie oscylacje tłumią przez co na bramce mamy ładny prostokąt.
  • Helpful post
    #29
    krzysiek_krm
    Level 40  
    moze-byc wrote:
    Dlatego trzeba mniej więcej, doświadczalnie, dobierać rezystory bramkowe które takie oscylacje tłumią przez co na bramce mamy ładny prostokąt.

    Popsucie obwodu rezonansowego bramki jest jednym z celów użycia rezystora. Niektórzy projektanci używają również szeregowych perełek ferrytowych, częstotliwości rezonansowe tych pasożytniczych obwodów są dosyć duże, w sam raz dla perełki, która przy takiej częstotliwości może mieć kilkadziesiąt lub kilkaset omów.
    Drugim celem użycia rezystora jest specjalne spowolnienie tranzystora. Brzmi to na pierwszy rzut oka idiotycznie ale w sumie ma sens. Współczesne tranzystory mosfet mają "same z siebie" niezwykle krótkie czasy przełączania, które nie zawsze są korzystne. Obwody wyjściowe też mają jakieś pasożytnicze indukcyjności, ponadto przełączają stosunkowo duże prądy. Przy dużych stromościach przełączania prądu tworzą się dość duże szpilki napięciowe (L di/dt), z drugiej strony krótkie czasy wyłączania również powodują oscylacje w pasożytniczych obwodach rezonansowych na wyjściu tranzystora.
    Czasem trzeba niestety iść na kompromis - dłuższe czasy przełączania, czyli większe straty ale mniejsze zakłócenia.
  • #30
    OgoN92
    Level 9  
    Dziękuję Wam za wszystkie odpowiedzi, wiele mi się rozjaśniło :) Pozdrawiam.