Ćwiczenie Interaktywne

Cztery liczby zamiast hasła „szybki tranzystor”

To ćwiczenie rozwija artykuł Szybkie przełączanie wysokich napięć: od gotowych modułów MOSFET do GaN i SiC. Zadania są dobrane tak, aby pokazać, że wybór przełącznika mocy zaczyna się od napięcia, pojemności, czasu zbocza i częstotliwości, a nie od samej nazwy technologii.

C*dV/dt prąd potrzebny do szybkiego przeładowania pojemności
1/2*C*V² energia zgromadzona w obciążeniu pojemnościowym
Qg/t średni prąd drivera potrzebny do szybkiej bramki

Założenia źródłowe

  • Wyjście mikrokontrolera nie steruje bezpośrednio stopniem wysokiego napięcia.
  • Prąd przy szybkim zboczu wynika nawet z samej pojemności obciążenia.
  • Driver bramki bywa równie ważny jak tranzystor.
  • Przy dużym dV/dt ograniczeniem staje się layout, izolacja, chłodzenie i EMC.

Jak działa ocena

Wpisz wartości z prostych modeli pierwszego rzędu. Nie projektujesz kompletnego urządzenia, tylko sprawdzasz, czy liczby są w ogóle zgodne z intuicją sprzętową.

Część 1

Obciążenie pojemnościowe

Przyjmij obciążenie 200 pF przełączane od 0 do 600 V w 5 ns z częstotliwością 1 MHz.

C = 200 pF V = 600 V tr = 5 ns f = 1 MHz

Część 2

Driver bramki

Tranzystor ma całkowity ładunek bramki 60 nC. Chcesz przenieść go w 10 ns.

Część 3

Straty cieplne przy powtarzaniu impulsu

Dla uproszczonego porównania przyjmij 100 pF i 600 V. Wybierz częstotliwość, policz C*V²*f i oceń, co ogranicza układ.