Question:
signification du MOSFET "région linéaire" dans le contexte des pertes de commutation
Phil Frost
2013-07-16 19:07:45 UTC
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Dans le contexte des circuits de commutation MOSFET (PWM, contrôle du moteur, etc.), j'ai lu que la "région linéaire" de fonctionnement est l'endroit où vous ne voulez pas être longtemps, car c'est ici qu'il y a une grande puissance dans le MOSFET. Par exemple, cette réponse:

vous conduisez le MOSFET dans sa région linéaire (dissipant la puissance)

Ou ceci note d'application d'International Rectifier:

Si l'appareil fonctionne comme un interrupteur, une grande capacité de courant transitoire du circuit de commande réduit le temps passé dans la région linéaire, réduisant les pertes de commutation.

Pourtant, Wikipedia propose ces définitions:

  • région linéaire: \ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $ et \ $ V_ {DS} < (V_ {GS} - V_ {th}) \ $
  • mode actif: \ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $ et \ $ V_ {DS} ≥ (V_ {GS} - V_ {th}) \ $

C'est-à-dire \ $ V_ {DS} \ $, et donc la puissance dans le MOSFET, est moins dans la région linéaire qu'en mode actif. Par conséquent, je pense qu'il est temps en mode actif que l'on voudrait éviter. Quand on passe de off à on , on commence en coupure, on passe en mode actif le plus rapidement possible pour minimiser les pertes, puis on termine dans la région linéaire.

Mais je ne peux pas concilier cela avec les exemples ci-dessus, qui traitent de la minimisation du temps dans la région linéaire. Où est l'incohérence?

C'est une question fantastique.En travaillant dans l'électronique de puissance, vous entendez toujours (et dites) «rester en dehors de la région linéaire», et ce n'est que lorsque j'ai examiné la théorie du MOSFET il y a environ deux semaines que j'ai réalisé: «attendez ..., ne le faites pasJE VEUX être dans la région linéaire?! "Peut-être que la terminologie est un héritage des BJT?Merci d'avoir posé cette question.
Cinq réponses:
#1
+6
Olin Lathrop
2013-07-16 19:43:09 UTC
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La "région linéaire" dans les réponses que vous citez est utilisée de manière assez vague. Souvent, nous disons «région linéaire» ou «opération linéaire» en électronique lorsque nous entendons un fonctionnement intermédiaire où une tension est maintenue quelque part entre les rails d'alimentation (comme apposé à serré à proximité de l'un d'eux) ou un appareil comme un transistor est conservé dans la région du milieu où il n'est pas complètement allumé ou complètement éteint. Souvent, les appareils ne sont pas tout à fait linéaires dans cette "région linéaire", mais c'est un nom qui est resté il y a longtemps où la région linéaire était associée à l'opération de commutation ou à la région découpée.

C'est ce milieu Région «linéaire» où le dispositif dissipera une puissance significative. Si l'appareil est un interrupteur idéal, il ne peut pas dissiper de puissance lorsqu'il est ouvert car le courant est nul, ou lorsqu'il est fermé car la tension est nulle.

Ceci est différent de la "région linéaire" quand on parle de la physique de l'appareil ou détaille les caractéristiques d'un MOSFET. Là, «linéaire» peut signifier «un courant à peu près linéaire avec une tension appliquée», ce qui signifie également que le MOSFET agit comme une résistance, plus comme une source de courant. C'est différent de la "région linéaire" du point de vue global du circuit.

Oui, cela dépend du contexte et peut prêter à confusion. Si vous avez besoin d'être précis, utilisez des nombres réels.

#2
+6
Fizz
2015-12-07 04:13:50 UTC
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"Région linéaire" est malheureusement le terme le moins utilisé pour les MOSFET. Cela peut signifier exactement le contraire selon l'auteur. Comparez:

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Image de cette note d'application.

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De ce manuel, qui appelle la région de gauche "région linéaire".

Notez également que JEDEC a choisi "région ohmique" et respectivement "région de saturation" comme choix de terminologie standard pour les MOSFET (comme dans la 1ère figure ci-dessus). Ceci est donné dans JESD77b à la page "4-31". Ils ont évité d'appeler une région "linéaire".

#3
+3
Szymon Bęczkowski
2013-07-16 20:52:31 UTC
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Dans ce contexte, la région linéaire signifie la région dans laquelle vous ne souhaitez pas opérer car le produit Id · Vds est important, vous avez donc beaucoup de pertes. Vous voulez minimiser les pertes dans le transistor en ayant le transistor soit complètement allumé ou éteint.

enter image description here

Le basculement entre les deux états doit être le plus rapide possible car être là engendre des pertes.

enter image description here

La zone sous la courbe bleue correspond à l'énergie dissipée dans l'appareil. Une commutation plus lente agrandit la zone.

Si vous jetez un œil à l'activation ou la désactivation typique de la commutation matérielle enter image description here

enter image description here

Vous pouvez voir que pendant un certain temps, une haute tension et un courant élevé sont présents sur l'appareil en même temps. Changer plus rapidement minimise le temps passé dans cette zone.

Il existe des moyens de minimiser les pertes de commutation en utilisant une commutation à tension nulle ou à courant nul. Vous devez concevoir votre convertisseur de manière à ce qu'il ne commute que lorsque la tension ou le courant du transistor est proche de zéro. De cette façon, le produit de puissance de Id · Vds est également proche de zéro.

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Je comprends très bien les pertes de commutation. La question porte sur la terminologie utilisée dans le cas des MOSFET, où «région linéaire» a une signification spécifique différente de «région linéaire» pour, par exemple, les BJT.
Ah, je pense que la région linéaire dans le jargon électronique de puissance provient de régulateurs linéaires qui fonctionnent entre complètement allumé et complètement allumé. Dans les applications audio, la région linéaire est celle qui ne crée aucune distorsion non linéaire.
#4
  0
supercat
2013-07-16 21:13:32 UTC
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Le graphique qui montre l'énergie semble avoir le temps comme axe. Il peut être utile de représenter graphiquement la puissance en fonction de la chute de tension, en supposant une charge résistive (par exemple, une alimentation de 10 volts et une charge d'un ohm). Lorsque l'appareil est complètement éteint, aucun courant, donc aucune puissance. Lorsqu'il est complètement allumé, chute de tension très faible (par exemple 0,2 volts) et donc faible puissance (9,8 ampères, donc 1,96 watts). Quand «à moitié» allumé, chute de tension significative (5 volts) et courant important (5 ampères), donc grosse puissance (25 watts).

#5
  0
Zista
2018-08-22 20:56:07 UTC
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Il y a un peu de confusion quant au côté du graphique qui est étiqueté comme la région "linéaire". Si vous utilisez un MOSFET pour la commutation PWM, vous devriez toujours essayer de rester dans la région gauche du graphique.

N'oubliez pas qu'un MOSFET est un dispositif de limitation de courant contrôlé en tension. Lorsqu'une tension suffisante existe entre les broches de grille et de source (\ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $), le MOSFET permettra au courant de circuler, jusqu'à une limite. La limite actuelle est déterminée par \ $ V_ {GS} \ $ et peut varier en fonction de la pièce spécifique (voir le graphique dans votre fiche technique).

Si vous essayez de dessiner plus de courant que cette limite, vous entrez dans la bonne région du graphique. C'est là que le MOSFET agira comme la quantité de résistance nécessaire pour maintenir ce courant limité. Comme toute résistance à fort courant, elle devient très chaude. Comme il agit comme une résistance, il y a maintenant une tension significative entre les broches de drain et de source (\ $ V_ {DS} ≥ (V_ {GS} –V_ {th} \ $)).

Current limiting of right region

Lorsque vous utilisez le MOSFET pour la commutation PWM, assurez-vous d'appliquer suffisamment de \ $ V_ {GS} \ $ pour que la limite de courant du MOSFET soit supérieure à la quantité de courant de votre ventilateur / moteur / etc. va dessiner. Avec les MOSFET de puissance, je recommande d'utiliser la même tension pour \ $ V_ {GS} \ $ que celle que vous utilisez pour alimenter le ventilateur / moteur / etc. lui-même; cela garantira les temps de commutation les plus rapides, réduisant le temps que vous passez dans la bonne région causé par la charge / décharge de la petite capacité du MOSFET. Voici un exemple d'utilisation d'un ampli op pour augmenter la tension PWM:

Using Op Amp to boost PWM voltage

UPDATE: Voici un autre exemple utilisant un totem pour piloter la porte MOSFET. Cela présente l’avantage de conduire le portail avec un courant élevé.

Remarque: en raison du deuxième MOSFET N-ch, le signal PWM est inversé, j'ai changé le déclencheur schmitt en type inverseur pour corriger cela.

Using Totem Pole with boosted PWM voltage

Taux élevé + vitesse de balayage limitée de l'ampli opérationnel = plus de commutation perdue.
Vous devrez utiliser un ampli op adapté à la fréquence de commutation.Vous pouvez également utiliser d'autres méthodes telles qu'un totem, encore une fois les composants choisis dépendront de la fréquence de commutation.
Long Pham a raison de dire que Rgate pourrait être plus petit, sa valeur dépend du courant de porte maximal spécifié dans la fiche technique.Si vous utilisez un circuit intégré pour piloter la porte (comme l'exemple de l'amplificateur opérationnel), le circuit intégré peut avoir une limite de courant de sortie inférieure qui serait utilisée à la place pour déterminer la plus petite taille de Rgate.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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