MOSFET REALMENTE velocidad de cierre lenta

Estoy haciendo un convertidor reductor ajustable de 400V. Lo estoy controlando con un ESP32. Por alguna razón, si configuro la frecuencia PWM a más de 200 Hz y una tasa de bits de 4, el MOSFET IRFB11N50A no se cierra a tiempo.

Por ejemplo, cuando el chip se establece en un ciclo de trabajo del 50 %, correría 375 V a través del MOSFET, y al 75 % alrededor de 385 V, como el 0-100 % solo va de 350 V a 400 V.

Supongo que esto se debe a que el MOSFET no se cierra a tiempo. (Esto es cuando la frecuencia está por encima de 200 Hz, y cuanto más alta, peor, a 100 kHz está encendida todo el tiempo).

No estoy seguro de por qué no puede cerrarse más rápido que 200 Hz, ya que la hoja de datos dice que su frecuencia máxima debería ser de alrededor de 8 MHz. ¿Qué hice mal?

Alambrado:ingrese la descripción de la imagen aquí

(Perdón por la confusión, antiguamente se agregó el componente incorrecto)

¿Es correcto ese esquema? El diodo del cuerpo de Q2 está cortocircuitando el suministro de 400 V.
Por favor corrija el esquema. ¿Qué estás conduciendo con el MOSFET?
Supongo que el esquema está un poco perdido, haré una edición explicando,
Indíquenos el esquema real en lugar del incorrecto más el texto.
Poner 400 V a través de una resistencia de retroalimentación de 1k, operar a una f tan baja como 200 Hz y un pin de fuente Pch invertido y dibujar tierra al revés explican por qué tiene dificultades.
¿Podría tal vez elaborar para los menos educados? @TonyStewartEE75
Dibuja circuitos con flujo de corriente de arriba hacia abajo. Voltajes más altos en la parte superior, símbolos de tierra apuntando hacia el suelo. Consulte reglas y pautas para dibujar buenos esquemas si está interesado en obtener más información. Te habría ayudado a detectar el problema del diodo.
a que te refieres con el problema del diodo? @Transistor
Si no comprende cuál es el problema del diodo, debería reconsiderar trabajar con circuitos de 400 V. 200 Hz no es realmente una frecuencia de conmutación adecuada para un convertidor reductor de 400 V, el inductor sería enorme. Hay problemas de seguridad como el aislamiento, la fuga y el espacio libre que debe comprender antes de trabajar en circuitos de alto voltaje. Trabaje con alguien que conozca la conversión de energía, o adhiérase a los circuitos de bajo voltaje hasta que aprenda mucho más sobre la electrónica de potencia.
Sé que 200 Hz es demasiado bajo y quiero que esté al menos por encima de 200 kHz, pero el MOSFET no se cierra más rápido que 200 Hz, aparentemente hay un problema con el diodo, no tengo idea de lo que eso significa, y es por qué estoy preguntando, mi seguridad es mi propio concierto, ¿podría explicar cuál es el problema del diodo?
@MariusWanscher: No se puede decir mucho sobre cambiar las velocidades con un multímetro. Necesita un osciloscopio para poder ver lo que está sucediendo en lugar de adivinar en función de las lecturas de un dispositivo que no está hecho para lo que está tratando de hacer que haga.
@MariusWanscher El voltaje de umbral de la puerta para ese MOSFET es de 2 a 4 V, por lo que a 3,3 V, es posible que el ESP32 ni siquiera lo encienda. Podría usar un transistor bipolar para impulsar el MOSFET con un voltaje más alto, y eso podría suministrar más corriente que el ESP32 para cambiar el MOSFET más rápido. Además, existe la posibilidad de que el transistor barato explote en lugar del costoso ESP32 si algo sale mal.
si, pero como funciona a bajas frecuencias el 3.3v es suficiente, probé con una segunda fuente de poder ajustable, y a 2v abre para alrededor de 200v y a 3v esta completamente abierto, probablemente debería agregar alguna protección para el esp32 tal vez solo un diodo, pero ¿qué quiere decir con velocidades de conmutación más altas a corrientes más altas? ¿Pensé que los MOSFET solo se trataban de voltaje?
@Marius, veo en tu comentario a JRE que has entendido "el problema del diodo". Veo también que has modificado el esquema. Ahora es mucho más claro que la corriente fluye de arriba hacia abajo y que el diodo tiene polarización inversa y no conducirá. Buen trabajo.
gracias por el enlace fue útil supongo
"Pensé que los MOSFET solo se trataban de voltaje": la puerta es básicamente un condensador. Para cambiar rápidamente y obtener el voltaje que necesita en la puerta, debe cargar ese capacitor rápidamente. Eso requiere mucha corriente: I=C*dv/dt o dv/dt = I/C. Por lo tanto, necesita la capacidad de entregar grandes corrientes a la puerta por un corto tiempo. Un GPIO no es un buen controlador FET. Además, el hecho de que crea que ve el interruptor FET encendido a 3 V no significa que estará completamente encendido con la resistencia de encendido especificada. Mire la especificación de la hoja de datos para el voltaje que necesita para obtener el RDSon especificado.
@MariusWanscher La puerta del MOSFET es un capacitor, cuando se descarga presenta el mismo cortocircuito que cualquier otro capacitor. El ESP32 I/O solo puede suministrar una corriente limitada, por lo que lleva mucho tiempo cargar la capacitancia de la puerta y, mientras que el MOSFET no está completamente encendido, tiene más resistencia. Más resistencia = más calor generado. Editar: John D lo dijo mejor.
oh ya veo, gracias
ese es el esquema completo? Porque eso no es un convertidor de dinero.
@marcelm sin ofc. no, se trata solo de usar el MOSFET como un interruptor, y por qué se está cerrando lentamente (probablemente una corriente demasiado baja de esp32, lo intentaré un poco más tarde), supongo que imagine una bobina grande, un condensador y un diodo (:
Tal como está dibujado, el circuito que se muestra en el esquema aún destruirá el FET tan pronto como logre encenderse.
En ese caso, repetiré lo que dijo @MarcusMüller: denos el esquema real en lugar del incorrecto más el texto.
Supongo que mencionar el uso del MOSFET es engañoso para usted, pero como tanto las respuestas como todos los demás comentarios están activados, no se trata de hacer un convertidor de dinero, se trata solo del MOSFET y encenderlo y apagarlo, y ¿por qué no se cierra? suficientemente rapido.
@MariusWanscher La primera oración de su pregunta es "Estoy haciendo un convertidor reductor ajustable de 400 V", lo que hace que parezca que se trata de hacer un convertidor reductor;)

Respuestas (2)

Tienes al menos un par de problemas aquí. Veo dos cosas mal con su circuito de transistor. Además de eso, debe considerar su multímetro.

Al MOSFET:

  1. De la forma en que su diagrama lo tiene conectado, la corriente fluirá a través del diodo del cuerpo MOSFET. Esto conecta sus 400 V CC a tierra a través del diodo que forma parte de todos los MOSFET. El diodo se muestra en el símbolo esquemático. Un diodo conduce cuando el ánodo (lado plano del triángulo) tiene un voltaje más alto que el cátodo (barra recta en la punta del triángulo).
  2. El 2N7002 solo está clasificado para 60 voltios desde el drenaje hasta la fuente. Si coloca su transistor en la dirección correcta, simplemente hará "pop".

Su MOSFET probablemente no esté realmente "cambiando" mucho, dado que está conectado al revés.

Finalmente, llegamos al multímetro.

Los multímetros típicos no pueden manejar altas frecuencias. Pueden funcionar con las frecuencias típicas de la línea de alimentación de CA (50 o 60 hercios) y un poco más. Es poco probable que funcionen correctamente en frecuencias de kilohercios. 100kHz está fuera.

Lo siento, soy un idiota, no me di cuenta antes, ahora agregué el componente incorrecto en el esquema, ahora entiendo la confusión y lo que quisiste decir con el problema del diodo.
Me lo perdí, pero su dólar de 400 V tiene una salida de 400 V, ¿cuál es la entrada? Necesita un controlador de puerta, necesita suministrar algo de corriente, la capacidad de la puerta es bastante alta. También 500V lo está cortando, con cuidado funcionaría.

Otro problema: la capacitancia. Existe cierta capacitancia efectiva asociada con el multímetro y el cableado. Cuando encienda el FET, la capacitancia se cargará muy rápidamente, con una constante de tiempo de Rds(on) x C. Cuando el FET se apague, la capacitancia se descargará a través del multímetro, que tiene un valor muy alto (normalmente al menos 1 M ohm), y se descargará mucho más lentamente.

A altas frecuencias, el capacitor tendrá pocas oportunidades de descargarse y el multímetro mostrará un alto voltaje.

Por ejemplo, digamos que el multímetro (y el cableado) tienen una capacitancia efectiva de 100 pf. Entonces, si el multímetro tiene una resistencia de entrada de 1 M, la constante de tiempo para descargar la capacitancia será de 10 usec. Una onda cuadrada de 100 KHz solo proporciona un tiempo de descarga de 5 usec por ciclo.

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