Wszystko zależy od czasu równoczesnego otwarcia. Zawsze są indukcyjności, które ograniczają szybkość narastania prądu. Ponadto w krótkim impulsie tranzystory są w stanie przewodzić większy prąd, np IRFP240 ma ciągły 20A, a w impulsie 80A. Oczywiście powyżej tego pierwszy impuls może być też ostatnim.
---------- Post dodany o 16:35 ---------- Poprzedni post o 09:25 ----------
Temat 12: Dv/dt, czyli co za szybko to nie zdrowo
Przyszedł czas, żeby zająć się samymi tranzystorami w stopniu mocy, czyli bliżej spojrzeć na MOSFET-y. Najczęściej patrzymy tylko na kilka parametrów: Maksymalne napięcie, maksymalny prąd (ich pomnożenie daje tę wspaniałą, działająca ożywczo na wyobraźnię MOC
), oraz na napięcie progowe, czyli ile woltów trzeba przyłożyć na bramkę, żeby zaczął przewodzić. Reszta zwykle wydaje się dziwna i nikomu niepotrzebna… Niestety, tam gdzie zamierzamy ich użyć, te pozostałe parametry nabierają ogromnego znaczenia. Ba, nawet te parametry, których w nocie katalogowej nie zawsze znajdziemy
. Spójrzmy na symbol naszego tranzystora. Domalowałem mu złośliwie 3 dodatkowe elementy, które są dla nas bardzo ważne: To dwie pojemności oraz jedna rezystancja.
Wróćmy przez chwilę do naszego poprzedniego tematu, w którym mówiliśmy, że prąd w dławiku nie może zaniknąć natychmiast, więc gdy wyłączamy dolny MOSFET, to napięcie na drenie tranzystora gwałtownie rośnie, do wartości napięcia dodatniego zasilnia. Ale spójrzmy na elementy pasożytnicze tranzystora: jest tam pojemność Cgd, która przecież będzie przewodzić prąd, gdy na drenie będzie zmieniać się napięcie. Ten prąd po części będzie „odbierany” przez rezystancję Rg (oraz zwykle dodatkowy opornik rzędu 10..22 Ohm) do masy, a po części będzie ładować pojemność Cgs.
Tu trzeba byłoby zaprząc trochę matematyki do roboty, w każdym razie dla bardzo szybko narastającego napięcia jest to po prostu dzielnik pojemnościowy, w którym
dUgs = dUds * Cgd / (Cgd + Cgs)
gdzie:
dUgs - przyrost napięcia na bramce
dUgd – przyrost napięcia na drenie
Przykładowo dla IRF9540 pojemność Cgs to 1300pF, a Cgd 240pF. To tworzy dzielnik pojemnościowy 6,5 : 1. Załóżmy, że wyłączenie tranzystora powoduje bardzo szybki skok napięcia na drenie o 50V (zasilanie +/25V), czyli uwzględniając dzielnik, na bramce pojawi się ponad 7V – to wystarczy do puszczenia prądu 20 A
Oczywiście gdy napięcie na drenie rośnie stosunkowo wolno, to oporność bramki zdąży odprowadzić ten ładunek Cgs i tranzystor się nie otwiera. Niestety u nas staramy się przełączać tranzystory bardzo szybko, do tego ich obciążeniem jest indukcyjność, więc bardzo łatwo osiągnąć ten efekt. Zresztą widać go bardzo ładnie na oscyloskopie. To dlatego te popularne tranzystory nie nadają się do klasy D, a jeśli już, to do bardzo niskich napięć zasilania. Eksperymentatorom dodam jeszcze wskazówkę: im większy prąd przewodzi dławik, tym większa szybkość narastania napięcia na nim (bo większy prąd szybciej ładuje wszelkie pasożytnicze pojemności. To dlatego bez sygnału wszystko może wydawać się cacy, ale po wysterowaniu wzmacniacza tranzystory zaczynają się grzać silniej niż wynikałoby to z ich oporności kanału.
Rezystancja bramki to parametr, który tylko dla nielicznych tranzystorów jest podawany. Czyżby był tak mały, ze można o nim zapomnieć? Bynajmniej, „dobre” tranzystory do klasy „D” ze specjalnie zmniejszoną rezystancją bramki mają ok. 2,5 Ohma. Pewnie „zwykłe” mają co najmniej drugie tyle. Co to oznacza w praktyce? Że nawet zwarcie bramki słabego MOSFETA do masy może nie „utrzymać” go w stanie wyłączenia przy bardzo szybkiej i dużej zmianie napięcia na drenie.
Nie ma rady, trzeba zastosować dobre tranzystory, np. takie, które mają Cgd na poziomie 19pF przy pojemności Cgs rzędu 800pF. Daje to dzielnik 43:1! Nawet skok na drenie o 100V spowoduje skok napięcia na bramce poniżej progu przewodzenia.
