ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

da **simo85** » 19 ott 2011, 20:02

Buonasera a tutti, è da un po' di tempo che ho il dubbio riguardo a come calcolare esattamente la $R_{\text{GS}}$ esterna per il MOSFET e spero di chiarirmi il tutto con questo post, visto che solitamente ho visto valori che vanno da $1\text{k}$ ad $1\text{M}$ in molti circuiti..

In questo PDF

gate-driver2.pdf: (345.26 KiB) Scaricato 196 volte

a pag. 15 leggo che serve come protezione $\frac{\text dv}{\text dt}$ , esattamente si scrive che:
(1)
$R_{GS} < \frac{V_{TH}}{C_{GD}} \cdot \left ( \frac{\text dt}{\text dv } \right ) _\textsc{TURN - ON}$

Sbaglio o in quella formula $\left ( \frac{\text{dt}}{\text dv} \right )$ dovrebbe essere $\left ( \frac{\text dv }{\text dt} \right )$ ?

Ora mi piacerebbe fare un esempio pratico per vedere se sono sulla strada giusta. In un circuito useró qualche IRLZ44N ad una frequenza di $\approx 1 - 2 \text{MHz}$ con il Gate di ciascuno collegato a ciascun output di un 74HC238 così:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dal datasheet leggo quindi questi parametri:

$V_{\text{GS(Th)}} = 1.5\text{V}$ facendo la media tra Min & Max.

$\begin{aligned} & C_{\text{RSS}} = C_{\text{GD}} = 150\, \text {pF}\\ & {\text dv \over \text dt} = 11\,\text{V}/\text{ns}\\ & \text{td(on)} = 11\,\text{ns}\\ \end{aligned}$

Secondo la formula (1) riportata sopra, il valore corretto per $R_{\text{GS}}$ che dovrei usare dovrebbe essere
$R_{\text{GS}} < {1.5\,\text{V} \over 150\,\text{pF}} \cdot \left (11\,\text{V}/\text{ns} \right ) \cdot 11\,\text{ns} = 1210\,\Omega$ quindi $R_{\text{GS}} = 1\,\text{k}$ o $1\,\text{k}2$ .

È tutto giusto il procedimento o bisogna tenere in conto altre caratteristiche che eventualemente ho tralasciato?
Grazie per la vostra attenzione.
O_/

da **carloc** » 19 ott 2011, 22:10

Beh intanto direi che la formula dell'application note è giusta....a parte che altrimenti non torna dimensionalmente ma poi non è altro che la caduta sulla R_G

dovuta alla $I_{DG}$ minore della $V_{GS(Th)}$

$I_{DG}R_{GS} < V_{TH}$

$C_{GD}\frac{\text{d}v}{\text{d}t}\,R_{GS} < V_{TH}$ che "girata" diventa appunto

$R_{GS} < \frac{V_{TH}}{C_{GD}} \cdot \left ( \frac{\text{dt}}{\text{dv}} \right )$

quindi detto questo mi sà che sarebbe meglio mettere la $V_{TH}$ minima per stare tranquilli....

Poi il $\frac{\text{d}v}{\text{d}t}$ sul drain dipende dal circuito, da cosa è collegato sul drain e da come è pilotato il gate, quello che trovi sul ds è quello del circuito test lì riportato.

Infine, cosa più importante il valore che viene di $R_{GS}$ non è quello della resistenza che hai disegnato solamente, ma in parallelo devi vedere la resistenza di uscita del driver del gate, della porta nel tuo caso, e direi che solitamente quest'ultima "domina" talmente da rendere trascurabile quella esterna.

Una resistenza "altina" si mette in parallelo nel caso il driver non sia in grado di assorbire corrente (applicazioni lente tipo on/off manuale di qualcosa) o magari per essere sicuri che il gate sia comunque a zero anche durante eventuali transitori all'accensione in cui il driver potrebbe venire a trovarsi in una condizione di alta impedenza.

In questo caso io vado un po' a occhio, alla carlona direi, magari si potrebbe scrivere il transitorio di scarica del gate tramite quella resistenza per vedere se si rimane nella SOA anche passando relativamente lentamente nella zona ad alta dissipazione... ma sinceramente non l'ho mai fatto...

da **simo85** » 20 ott 2011, 4:13

carloc ha scritto:Beh intanto direi che la formula dell'application note è giusta...

OK come sospettavo se c'era qualcosa di sbagliato quello ero io che mi sono perso per strada :oops:

Stendiamo un velo...
Per il resto devo dire che sei stato abbastanza chiaro e direi che tutto sommato mi hai tolto il dubbio. :-)

Se me ne verranno altri cercherò di non perdermi troppo.
Sei stato molto gentile come sempre e ti ringrazio di tutto.
O_/

da **carloc** » 20 ott 2011, 18:10

Forse ho capito male... ma nel dubbio

...

non credo proprio tu riesca a pilotare il gate a 1-2MHz con una porta logica... questa fornisce alcune decine di mA al più... per pilotare efficacemente (velocemente) il gate ti servono correnti nell'ordine dell'ampere....

Se si tratta di un on/off saltuario non dovresti avere problemi ma altrimenti ci vanno dei buffer di corrente

da **simo85** » 20 ott 2011, 18:38

Scusami, ma mi confonde il discorso della corrente.. Io pensavo che solo la tensione di overdrive e duty cycle (visto che se ne accenderebbe uno alla volta) sarebbe potuta bastare.
Il carico di ciascun transistore sono 64 LED, ciascuno di questi è alimentato ad una corrente di massimo $\approx 5 - 6 \text{mA}$ , ma non vuol dire che siano tutti accesi nello stesso momento, visto che se voglio ne posso accendere tanto 1 come tutti 64..

È anche vero che fino ad ora con quel transistore ho solo fatto le prove per un on/off saltuario. Putroppo non ho modo di provare a pilotare il Gate con un duty cycle per quella frequenza in un modo più simile possibile ad un 74HC238, a meno che non mi inventi qualcosa a partire da un pin di CLKOUT a 1MHZ di un PIC :-k

per vedere effettivamente come si comporta, se può essere utile.
Grazie ancora.
O_/

da **simo85** » 20 ott 2011, 20:44

Dunque, ho fatto la seguente prova montando questo circuito su bredboard

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Con $V_{\text{GS}} = V_{\text{DD}}$ & $V_{\text{F}} \approx 3\text{V}$ , $I_{\text{D}} \approx 3.25 \text{mA}$ quindi tutto come previsto.
Applicando al Gate un segnale di clock a $\text{Freq} = 1\text{MHz}$ & $\text{Duty Cycle} = 50 \, ^{0}/_{0}$ (prelevato da un pin di CLKOUT dell'oscillatore interno di un PIC), $I_{\text{D}} \approx 1,5 \text{mA}$ .
A parte la frequenza immagino che il duty cycle giochi il suo ruolo importante, ma al momento non posso fare prove migliori

Quello che mi va bene è che sono LED ad alta luminosità e fanno comunque una luce accettabile (per quello che devo fare) anche con una misera corrente.

Rimango in ascolto per sapere la tua opinione.
O_/

da **carloc** » 20 ott 2011, 21:17

Ci vorrebe un oscilloscopio per vedere cosa succede sul gate... comunque basically il MOS non è bene in conduzione ne interdetto mentre la tensione sul gate è tra la soglia e quella necessaria per avere una rds bassa e in queste condizioni il MOS dissipa molto e scalda.

Certo che con un carico così leggero (3 mA) in ogni caso non può essere più di pochi mW e neanche te ne accorgi, quando ne collegherai 64 è possibile ci siano invece dei problemi.

a) elevata dissipazione a causa dei transitori on/off
b) magari il MOS neanche fa in tempo a condurre bene che già finisce il pilotaggio sul gate (bassa luminosità)
c) ghosting, cioè non fa in tempo a spegnersi bene e si accendono sbiaditi i LED che invece dovrebbero accendersi solo nella colonna accanto

comunque se ti leggi l'application note che hai postato vedi quel circuito con 2 BJT complementari in push-pull che amplificano la corrente....

Poi -forse mi sono perso qualche altra discussione a riguardo- ma perché multiplexare a frequenza così elevata?

da **simo85** » 20 ott 2011, 21:25

carloc ha scritto:perché multiplexare a frequenza così elevata?

Sto facendo un cubo di LED 8x8x8 e con i transistori gestisco l'accensione dei piani. Ho pensato ai MOSFET perché si comportano meglio come interruttori e se non erro sono più veloci dei bipolari, ma come hai giustamente detto a maggior frequenza maggior dissipazione di potenza.
Forse è meglio che usi gli NPN..
Dovró per forza lavorare con temporizzazioni ed interruzioni, ma non scarto di aver preso in considerazione una frequenza altamente eccessiva, in fin dei conti il PIC ha varie frequenze disponibili con l'oscillatore interno.

da **carloc** » 20 ott 2011, 21:34

Nò nò... vai con i MOS

anche i BJT hanno circa lo stesso problema, specialmente per spengerli e comunque tra corrente di base e tensione CE di saturazione dissipi senz'altro di più.

Comunque la frequenza la calerei "corposamente", in genere una frequenza di rinfresco di 50-100Hz è più che sufficiente, come dire con 64 colonne da scansionare... 3200-6400Hz e non mi preoccuperei del clock del uP, hai prescaler e timer per abbassarla quanto vuoi

da **simo85** » 20 ott 2011, 21:40

OK, useró una frequenza più bassa e rimango con gli NMOS che sto usando. :ok:

Again, thank You for your help iOi

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