Voltaje en la terminal de drenaje de un MOSFET de conmutación

Estoy intentando conducir un MOSFET de canal N STP55NF06 con un controlador de puerta TC4427, cambiando a ~ 100 kHz. El resultado deseado es una onda cuadrada PWM de corriente más alta en el drenaje del MOSFET (Circuito en la Figura 1).

Figura 1. Circuito Implementado.

Sin embargo, mi implementación real del circuito no se comporta como lo hace en las simulaciones (donde solo hay una onda cuadrada normal en Vout). El Vout en la implementación física se muestra en la Figura 2 como un trazo rosado, siendo el amarillo el nivel de voltaje del controlador. El Vout tiene dificultades para alcanzar el voltaje del riel. El problema parece ser el tiempo que tarda el controlador en hacer que el MOSFET se comporte como un ciclo de trabajo PWM más alto o una velocidad de conmutación de frecuencia más baja siempre significa una forma de onda ligeramente mejor. Una resistencia limitadora de corriente más pequeña ayuda, pero solo un poco, y 10 ohmios está cerca del mínimo que este controlador puede alcanzar a 12 V.

Figura 2. Formas de onda de voltaje en la puerta MOSFET (amarillo) y drenaje, Vout (rosa)

Mi verdadera confusión radica en el hecho de que cambiar la resistencia pull-up R al otro lado del MOSFET y medir el voltaje entre la resistencia (ahora desplegable) y el terminal fuente muestra una onda cuadrada casi perfecta. La semejanza entre esa forma de onda de voltaje y el voltaje del controlador es casi la misma, lo que me hace pensar que el problema no es la corriente entregada a la puerta.

Para dar un poco de contexto a este problema, he estado intentando crear un amplificador Clase D, pero me encontré con un obstáculo con la etapa de salida. Esta pregunta se ha abstraído un poco, pero el problema es esencialmente que no sé por qué un MOSFET de canal n no funciona aquí. Anticipo que la respuesta es que estoy malinterpretando la forma en que funciona un MOSFET de canal n, pero no estoy seguro de qué manera.

¿Cuál es tu fuente de onda cuadrada? ¿Cuánta corriente puede absorber?

Respuestas (1)

Sus resultados coinciden más o menos con mi simulación usando un modelo MOSFET (FDS5670) similar (a su real).

El problema es que el MOSFET bastante grande (real) de 50A/60V tiene una gran cantidad de capacitancia de drenaje y la resistencia de 10K tiene un valor demasiado alto para extraer el drenaje rápidamente. Se enciende con bastante rapidez, tanto en la simulación como en la realidad. El MOSFET LTspice predeterminado, por otro lado, es muy pequeño, como en un IC y no está poniendo ninguna carga capacitiva realista en él (como lo haría una sonda de prueba).

Con una capacitancia de drenaje de hoja de datos de 300pF típica, la constante de tiempo con 10K es de 3 microsegundos y solo tiene 5 microsegundos a tiempo. El MOSFET I simulado tiene una capacitancia de drenaje típica más cercana a 700 pF, por lo que es aún más lento.

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Si reduce la resistencia de 10K a unos pocos ohmios (y si no es inductiva), verá una gran mejora. Por supuesto, la resistencia tenderá a calentarse mucho, así que asegúrese de que esté clasificada para la disipación requerida.

Cuando lo cambió a un seguidor de fuente, el controlador de la puerta en realidad conducía la carga a través de la capacitancia masiva de drenaje de la puerta y el MOSFET realmente no estaba haciendo mucho.