Cómo determinar la frecuencia PWM máxima para transistor (2SK2554)

El factor principal que determina la velocidad de conmutación no es solo el MOSFET en sí mismo, sino el circuito en el que está conectado.

Desde el punto de vista de la puerta (es decir, el PoV de su señal PWM), el MOSFET puede verse como un simple capacitor. El MOSFET se considera ENCENDIDO cuando el voltaje a través de ese capacitor está por encima del voltaje de umbral$V_{th}$y apagado cuando está debajo (es más complejo que eso, pero ese es un modelo simplificado por ahora).

Entonces, básicamente se reduce a qué tan rápido puede cargar y descargar ese capacitor .

Cuanto más tarde el condensador en cargarse o descargarse, más tiempo tardará el dispositivo en cambiar y más energía se disipará durante ese período de conmutación.

Hay un documento PDF muy agradable de International Rectifier que le presenta los conceptos básicos de los MOSFET . La sección titulada "Gate Charge" es una buena lectura para este problema.

Se puede simplificar a las fórmulas RC estándar para calcular el tiempo de carga de un capacitor.$\tau=R \times C$- la capacitancia de la puerta, multiplicada por la resistencia de la parte del circuito que carga o descarga la puerta. Por ejemplo, si está cambiando la puerta a través de 100 Ω y la puerta tiene una capacitancia de 7700pF, el tiempo de subida sería$100 × 7.7e-9 = 770ns$por 63.2% de carga. Ajuste ese tiempo para adaptarse al voltaje de umbral exacto y, por supuesto, al voltaje de su unidad.

Digamos que tiene PWM de 8 bits, que son 256 valores posibles, por lo que necesita un mínimo absoluto de 770 ns * 256 intervalos de tiempo para la conmutación, que es 197,120 µs, o una frecuencia máxima absoluta de 5073 Hz. Lo limitaría a la mitad para garantizar un mínimo de una porción de tiempo de la unidad de nivel entre el encendido y el apagado.

Por supuesto, eso es sólo un valor aproximado. Si lee ese PDF y lo compara con los valores en la hoja de datos, es posible que pueda obtener valores más precisos.

Cuando un paso golpea una puerta mosfet, hay un retraso antes de que el mos esté completamente encendido. Esto debe tenerse en cuenta si no desea terminar con un MOS que pasa la mayor parte del tiempo encendiéndose (apagándose) en lugar de (no) conduciendo en sus estados ideales, es decir, "totalmente encendido" y "totalmente apagado". .

Cuando llegan los pasos, suceden dos cosas: la capacidad de la fuente de la puerta debe cargarse y la región de inversión debe formarse debajo de la puerta. Hay una especie de retraso "muerto", es decir, no pasa nada, tanto en el encendido como en el apagado, ya que cuando la carga en la puerta está por debajo o por encima de cierto umbral no puede fluir corriente (o toda la corriente posible): ese retraso es el tiempo de retraso.

Los tiempos de subida y bajada tienen en cuenta el tiempo que necesita la corriente para llegar a su valor máximo, o cero, es como si estuvieras caminando por la mayoría de las características en la región lineal (triodo).

Si bien los tiempos de retardo son probablemente bastante constantes, los tiempos de subida y bajada dependen en gran medida del voltaje de la puerta:

• al encender, cuanto mayor sea el voltaje de la puerta objetivo , menor será el tiempo de subida
• al apagar, cuanto menor sea el voltaje de la puerta de arranque , menor será el tiempo de caída

A veces maneja la puerta con un alto voltaje para encenderla rápidamente, luego vuelve al mínimo$V_{GS}$eso garantiza la saturación para que el apagado también sea más rápido.

Acerca de sus tiempos, comenzaría a sumar el retraso y el tiempo de subida (caída) para cada transición:

Supongamos que desea pasar como máximo el 1% de su tiempo encendiendo o apagando su mos: toma$t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$, multiplícalo por 100 y tienes tu periodo: 258000ns, o 258us, eso son unos 4kHz. En los comentarios simplemente estaba descuidando el tiempo de encendido.

El 1% es un límite bastante conservador de todos modos, significa que la onda realmente se ve como una onda cuadrada si la ves a través de un visor. Probablemente puedas ir incluso un poco más alto y estar seguro, es decir, no te estás disipando mucho.