Conmutación IC PWM de alta corriente y alta frecuencia con MOSFET

Estoy diseñando un circuito para una aplicación automotriz (tierra del chasis) que tiene una cantidad de salidas MOSFET para impulsar grandes conjuntos de LED y motores más pequeños (la aplicación tiende a favorecer los modos no inductivos, pero sigue siendo una consideración importante). Uno de los objetivos aquí es poder cambiar PWM una luz LED de 300 W usando un MOSFET o un transistor apropiado similar.

Estoy tratando de entender ahora cómo comprender los requisitos y las limitaciones de los MOSFET en la conmutación de alta frecuencia. Estoy apuntando a una velocidad de conmutación de 20 khz, de modo que esté fuera del rango audible, ya que algunas de las luces LED más baratas que estoy tratando de cambiar usan tapas de filtro económicas que tienden a oscilar mecánicamente en la frecuencia de entrada.

Diseñé un circuito muy simple en el que se usa un NPN BPJT (BC848) simple para invertir la salida positiva de 3,3 V de un microcontrolador y accionar la compuerta en un FET de baja potencia Rds como el IRF5305.

Circuito controlador MOSFET simple

Mi entendimiento en este punto es que el objetivo del controlador aquí es saturar el FET lo más rápido posible para minimizar el Rds a medida que se enciende; y para hacer esto con algún tipo de controlador capacitivo. (Soy nuevo en esto y mi conocimiento proviene de fuentes no verificables).

He leído algunos de los méritos de los circuitos integrados del controlador de puerta que parecen marcar muchas de las casillas (aparte del costo, pero ese es un sacrificio sensato para hacer aquí) aunque me está costando entender cómo identificar el aumento asociado y los tiempos de caída requeridos por una aplicación (20 khz a 0-100 % del ciclo de trabajo, ¿40 khz?) y qué le hace eso a la compuerta a cualquier corriente especificada. Si estuviera buscando conducir un FET en:

  • PWM de 20 KHz
  • Unidad de voltaje lógico (3.3v)
  • 0-100% ciclo de trabajo
  • carga 20A
  • 12-24V

¿Cómo determinaría un FET adecuado y cómo determinaría los requisitos de conducción?

A raíz de esta pregunta; sobre la comprensión de los requisitos de tiempo de conmutación; ¿Abre eso la posibilidad de utilizar un interruptor de alimentación inteligente de alta potencia como el BTS432e2 media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Infineon%20PDFs/… que incorpora una serie de funciones de detección y diagnóstico?
Región de saturación para MOSFET . Tal vez reconsidere sus palabras e intente minimizar la pregunta a lo esencial.
Algunas lecturas obligatorias: Nota de aplicación de Acromag 8501-088. Esta es una lectura importante para cualquiera que maneje cargas inductivas. Nota de aplicación de Nexperia "Diseño en MOSFET para un funcionamiento seguro y fiable del controlador de compuerta". No estoy hipervinculando para uso futuro.

Respuestas (1)

20 Khz es muy razonable para MOSFET PWM. Es importante agregar un controlador MOSFET porque incluso a esta frecuencia de conmutación relativamente baja, la capacitancia de la puerta significará que su circuito actual cambiará lentamente. El IRF5305 en su circuito tiene una capacitancia de compuerta de 1200 pf y una capacitancia de transferencia inversa de 250 pf, y está manejando la compuerta con una impedancia de 10K para apagarla. Un controlador de puerta proporcionará baja impedancia en ambas direcciones (encendido y apagado) y dará como resultado tiempos de conmutación razonables.

El IRF5305 tiene un voltaje de umbral de compuerta de entre -2 y -4 voltios, pero esto solo garantiza 250 uA, por lo que querrá conducir la compuerta con al menos -10 voltios o más mientras se mantiene por debajo del máximo de +/-20 voltios. voltaje de puerta

Finalmente, si está manejando cargas inductivas, debe lidiar con los picos de voltaje negativo que ocurrirán en el apagado con circuitos de protección y posiblemente amortiguadores. Esta parte se romperá (actuando como un diodo zener) si estos picos superan los -55 V, y el MOSFET tendrá que absorber la energía, calentándose y posiblemente fallando. Puede ser necesaria una combinación de un MOSFET de mayor voltaje y un amortiguador.

¡Buena suerte!

Esto es genial, gracias por la completa respuesta. Con el interés de tratar de minimizar el costo y la efectividad aquí, he estado explorando los interruptores laterales altos impulsados ​​por FET de canal N con arranque como el AUIPS7221R que tienden a ofrecer una serie de mecanismos de seguridad (sobre corriente, sobre voltaje) integrados con directo unidad de nivel lógico que garantiza la conmutación hasta 60Khz. mucho que aprender
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