¿Sería un controlador MOSFET un reemplazo adecuado para este circuito y reduciría la disipación de energía en el FET?

Esta es una continuación de una pregunta anterior aquí .

Pregunté si reemplazar un MOSFET con un RDSon más bajo reduciría el calor generado por el MOSFET y la respuesta que obtuve fue que los FET con un RDSon más bajo tienen una capacitancia de puerta más alta.

Esto aumentaría el tiempo que tarda el FET en encenderse por completo y podría aumentar potencialmente la disipación de energía.

Mi siguiente pregunta es esta:

¿Reemplazar el circuito antes del FET con un controlador de lado alto dedicado proporcionaría algún beneficio?

Estaría buscando disminuir el tiempo de conmutación si tuviera que usar un FET con un RDSon más bajo (¿y a su vez una capacitancia de puerta más alta?)

Para controlar el MOSFET desde un pin de microcontrolador, ya existe un cambiador de nivel de 3,3 V a 12 V que, a su vez, pasa a una configuración de transistor push-pull. Este me parece un diseño bastante sólido y no estoy seguro de si hay algún beneficio en cambiar esto por un controlador. Un aumento de costos no sería un problema en este diseño. Cualquier dirección podría ser apreciada.

Los detalles completos del circuito se encuentran en la pregunta anterior, pero aquí está el esquema solicitado:

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Muestra tu esquema actual.
Evité a propósito repetir la información de mi pregunta anterior. Todos los detalles, incluido el esquema, están en la pregunta vinculada. ¿Debo copiar y pegar los detalles desde allí?
Primero analice la proporción relativa de disipación de energía de la energía estática (Ron) y las pérdidas de conmutación. Entonces mejore la mayor fuente de pérdidas.

Respuestas (1)

Propósitos de conmutación PWM (VGS @ -12V, PWM es 20% @ 200us). El FET está cambiando a una carga de 200uH, 10ohm

No hay diodo de rueda libre, por lo que cuando el controlador lleva la compuerta a +12 V para apagar el FET, la corriente en la carga inductiva sigue fluyendo y reduce el drenaje del FET a cualquier voltaje que sea lo suficientemente negativo como para exceder su clasificación de Vds y provocar una avalancha. . Esto significa que la mayor parte de la energía almacenada en el inductor termina disipada en el FET.

Solución: agregue un diodo de rueda libre, como un schottky o un rectificador rápido. Ya sea entre los pines 5 y 6 del conector (pérdidas menores, caída de corriente más lenta al apagar), o entre drenaje y tierra (pérdidas más altas en las resistencias 10R, caída de corriente más rápida).

A 10kHz no hay necesidad de un controlador FET especial. Si no cambia lo suficientemente rápido, disminuya el valor de R25 para dar más corriente base a los BJT. Pero no haga que cambie demasiado rápido, no está haciendo un convertidor de conmutación de 300 kHz, por lo que no hay necesidad de hacer más ruido de alta frecuencia de lo necesario.

EDITAR:

Dado que esto es para generar un campo magnético para un detector de metales, me pregunto si el bit de avalancha es realmente parte del diseño, para que la corriente y el campo magnético caigan muy rápidamente. Aquí hay una simulación:

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En este caso, un diodo de rueda libre arruinaría completamente las cosas al quitar el borde afilado.

EDITAR: Cómo deshacerse del disipador de calor.

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He usado un NMOS porque hay mejores dispositivos de alto voltaje disponibles. Puede usar un PMOS, tendrá pérdidas un poco más altas, simplemente voltee el esquema al revés. De hecho, puede usar su circuito existente ya que el único cambio es una tapa y una perla de ferrita.

Aquí va:

El FET se enciende.

La corriente sube lentamente en el inductor de carga L2, hasta que alcanza el valor deseado.

FET se apaga. L2 ahora está en serie con C1 y tenemos un circuito resonante en serie LC. Hace exactamente un semiperíodo en su frecuencia de resonancia y cambia rápidamente la polaridad de la corriente a través de L2, lo que hace el cambio rápido deseado en el campo magnético.

Al final del semiperíodo de resonancia, el voltaje en C1 vuelve a cero y la corriente en L2 cambia de dirección. El diodo del cuerpo del FET se enciende y la energía almacenada en el inductor regresa a la fuente de alimentación.

Devuelve alrededor del 90% de la energía almacenada en el inductor a la fuente de alimentación, no tan mal.

L3/R12 modele una perla de ferrita que podría ser necesaria para controlar una ráfaga de timbre cuando el diodo del cuerpo FET se apaga, porque los diodos del cuerpo FET tienden a no tener la mejor recuperación rápida/suave.

La frecuencia de resonancia de L2/C1 no es importante, pero el voltaje máximo sí lo es, y el voltaje máximo depende del valor de C1. Por lo tanto, el valor de C1 debe ser el correcto para tener el voltaje máximo lo más alto posible para obtener un cambio brusco en la corriente, pero no lo suficientemente alto como para empujar el FET a una avalancha, ya que el objetivo era evitar la disipación de energía en el FET. Se debe usar un tipo de condensador adecuado (probablemente película de alto voltaje o C0G).

Tenga en cuenta que aumentar el voltaje de la fuente de alimentación disminuirá la potencia total utilizada, ya que después de implementar este truco de recuperación de energía, la mayor parte de la energía se destina a calentar la resistencia interna de la bobina de 200 µH. Un voltaje de suministro más alto significa que llevará menos tiempo alcanzar la corriente deseada, por lo que, aunque la disipación de energía instantánea seguirá siendo la misma, será más corta, por lo que se desperdiciará una menor cantidad total de energía.

Aquí hay una versión más simple, con un interruptor en lugar del FET. No hay diodo de cuerpo, por lo que la oscilación LC continúa, pero si hubiera un diodo de cuerpo, se detendría cuando el voltaje de drenaje del FET llegue a cero, indicado por la flecha.

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Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Hola, después de leer su explicación y el circuito, creo que lo que está sucediendo esencialmente es que todavía obtiene la gran explosión de EMF del colapso del campo magnético en L2 pero la corriente no se disipa únicamente a través del FET. Lo que sucede es que en el medio período resonante, la tapa bloquea la corriente L2 que va directamente a tierra y, por lo tanto, la corriente se invierte y va a L3, que convierte adecuadamente la corriente en un campo magnético. Cuando el voltaje a través de la tapa eventualmente se vuelve cero, entonces la corriente en L3 se invierte y el diodo FET conduce.
Cuando te refieres a L1 te refieres a L3? Tengo la intención de implementar este circuito tan pronto como pueda obtener las tapas y las perlas de ferrita. Gracias
Ups, quise decir L2. He corregido la respuesta. Y... no, no, la combinación en paralelo de L3 y R12 es solo un modelo simple para una perla de ferrita, el circuito funcionaría sin ella, su función es amortiguar el timbre cuando el diodo del cuerpo FET se apaga, pero no es necesario para que funcione. Puede simularlo reemplazando L3 con un corto. El circuito es solo un circuito resonante LC en serie que está "cebado" por el FET cargando algo de corriente en el inductor de carga L2, luego, cuando el FET se apaga, la corriente entra en la tapa, y como la tapa es pequeña, obtienes el alto voltaje. necesarios para invertir rápidamente la corriente.
He agregado una versión simplificada en la respuesta.
Ah, está bien, ya veo. Simularé el circuito yo mismo y jugaré con él. Realmente aprecio la profundidad de las respuestas que ha proporcionado. Por interés, ¿cuál es su paquete de simulación? Se ve mucho mejor que LTspice.
¡Gracias! Es microcap , me gusta mucho este software, desafortunadamente cerraron, pero tuvieron la amabilidad de hacer que la versión completa fuera totalmente gratuita.
¿Sería un controlador MOSFET un reemplazo adecuado para este circuito y reduciría la disipación de energía en el FET?
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