I mosfet...., ...vita,morte e (quasi) miracoli

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sel01
view post Posted on 13/10/2008, 20:56




Ciao
allora, inziamo col dire che il condensatore viene messo a massa tramite un mosfet quello cerchiato in un impianto già esistente
il mio circuito lo inserisco per apportare delle modifiche ai tempi di carica e scarica del condensatore, anzi solo la scarica.

Questa è una parte del circuito, l'impianto completo è composto da 4 condensatori collegati tutti con l'alimentazione comune e 4 Mos come Q4 per decidere quale caricare
poi io mi inserisco con 4 Mos come Q1 perchè nel momento che si scarica il primo condensatore tutti i Mos Q4 vengono accesi e si scaricherebbero tra loro,
quindi io ho messo 4 Mos Q1 per fare in modo che il condensatore non si scarichi ma lo scarico io tramite Q2

Ecco lo schema globale

image

inizialmente c'era Q5 che scaricava il condensatore, precedentemente caricato,
mi sono inserito per decidere quando scaricare il condensatore.

A volte i mos Q4 lavorano uno alla volta quindi non necessita che i mos Q1 lavorino ma posso lasciarli sempre accesi
in quel caso, quando la corrente passa tra drain e source nel momento che scarico Q2 si brucia uno o più Q1

Altra cosa OK1 accende e spegne tutti e 4 i mosQ1



Attached Image: p2.JPG

p2.JPG

 
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robo67
view post Posted on 16/10/2008, 11:05




Ciao Sel.

Scusami per il ritardo, ma l'altro giorno, quando ho letto il tuo post, non ero più in grado, vista l'ora, di concentrarmi.

Al di là di tutto il funzionamento, che ancora mi è abbastanza oscuro, non ci sono molte alternative per fare funzionare il circuito:
1) Come ti ho già suggerito si può pilotare il gate di ogni Q1 col pin 5 di OK1 non collegato a GND, ma al source di Q1 e mentre il pin 8 deve trovarsi a +12V rispetto al pin 5 pur essendo isolato galvanicamente dal GND di Q4.Il discorso è ottenibile con convertitori DC-DC come questo
2) Si eliminano i Q1 e si fa in modo di modificare il circuito di pilotaggio dei Q4, facendo sì che ogni gate sia pilotato dalla presenza contemporanea del segnale attuale e di quello che vorresti generare tu per controllare la scarica.
3) Usare degli SSR commerciali con potenza e tensione adeguata (anche se può essere difficoltoso trovarli per tensioni continue di 150V e avrebbero comunque bisogno di un diodo fast in antiparallelo, dato che hanno una polarità ben definita).

Altre idee non me ne vengono.

Edited by robo67 - 17/10/2008, 11:48
 
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view post Posted on 16/10/2008, 18:13
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Rompiball

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ehi robot67 ho letto la spiegazione dei mosfet,molto interessante,mi ha chiarito un po' le idee.ma allora,vediamo se la sparo grossa,dovendo fare un driver ad onda quadra un 555,nn sarebbe idoneo vero?? ho notato che salendo un po' di freq. i fronti di salita e discesa sono pessimi,assomoglia di piu' a un'onda trapezoidale (parlo di 555 a trnsistor nn quelli mos),molto meglio x esempio un cd4046(pll) che una volta ho usato come oscillatore,no? e' giusto il ragionamento?
 
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robo67
view post Posted on 16/10/2008, 22:26




Beh, innanzi tutto quando si parla di driver per mosfet (e anche igbt che hanno caratteristiche d'ingresso analoghe) si intende normalmente lo stadio del circuito che pilota direttamente il gate, stadio che a sua volta viene pilotato dal controller, ovvero dal circuito che decide quando il mosfet deve essere acceso o spento.

Quelli chiamati driver sono quindi dei veri e propri amplificatori in corrente
(amplificano cioè la corrente proveniente dal controller lasciando magari inalterata la tensione).

Nel caso del 555 immagino che tu voglia realizzare con esso sia le funzioni di controller (ad esempio un oscillatore o un generatore di pwm per variare la velocità di un motore) sia quelle di driver, usandone l'uscita per pilotare direttamente il gate del mosfet.
Ebbene per l'uso come controller può essere adeguato, mentre come driver può essere un po' scarso, soprattutto se il mosfet ha una certa potenza e quindi una capacità di gate elevata (a causa di vincoli costruttivi c'è un certo legame fra potenza massima e capacità d'ingresso).

Analogo discorso vale per il 4046: come controller può essere adeguato, ma come driver è addirittura peggiore del 555, infatti il 4046, come tutti gli integrati cmos, ha una corrente massima erogabile dell'ordine di qualche mA, contro i 50 e più mA del 555.
Per pilotare il mosfet si possono usare dei semplici transistor in configurazione push-pull oppure usare uno degli integrati appositamente studiati per questa funzione (nei motori di ricerca occorre inserire "mosfet driver datasheet" come keywords).

La soluzione del push-pull offre vantaggi di economicità e reperibilità dei componenti (possono essere usati transistor economici come BC337 e BC327) a discapito della velocità più bassa di quella ottenibile dai componenti realizzati per questo specifico uso e della tensione erogabile dal push-pull, che è la stessa presente all'ingresso del push-pull stesso, ma incrementata di 0,6-0,7V rispetto allo 0 logico e decrementata di 0,6-0,7V rispetto all'1 logico.
Esempio: se per pilotare il push-pull usando un generatore di onda quadra che varia da 0 a 10V, sull'uscita del push-pull sarà prelevaile un'onda quadra avente ampiezza di circa 0,6-0,7V per lo 0 e di 9,3-9,4 per l'1.

Nel 90% dei casi io ho usato il push-pull a transistor.

Edited by robo67 - 17/10/2008, 11:57
 
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view post Posted on 17/10/2008, 14:00
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Rompiball

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gia' e' vero,adesso mi ricordo,in uno schema c'era un ttl che generava onde quadre,che pilotava un driver x mos (un IR.2110),che a sua volta pilotava 2 mosfet in configurazione mezzo ponte. i driver amplificano la corrente mantenendo la tensione uguale dici? quindi dei BUFFER in pratica giusto?
pero' in base alla spiegazione che hai dato,anche un controller se pilota un mosfet con un'onda nn bella squadrata dovrebbe produrre tutti quegli effetti negativi che hai elencato no???dov'e' la differenza?
poi io dico che il 555 ha un'onda pessima,ma secondo te? magari nn e' vero,io sull'oscilloscopio vedevo dei fronti di salita nn ripidi,pero'....
 
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robo67
view post Posted on 17/10/2008, 14:28




Esatto.il driver può essere semplicemente un buffer, quindi con guadagno in tensione pari a 1. Può anche essere un vero e proprio amplificatore, soprattutto se il controller è un microprocessore che fornisce segnali 0-5V; in questo caso infatti è bene che il driver amplifichi anche in tensione (normalmente la innalza da 5 a 12-15V), perchè il mosfet lavorano meglio con tensioni di gate superiori a 5V.

Il fatto che il controller fornisca un segnale perfettamente squadrato può essere importante se il buffer/driver usato è di tipo analogico (es. il push-pull da me suggerito), mentre può essere ininfluente se si usano driver con ingresso a trigger di Schmitt o comunque digitale, infatti in questo caso è il driver stesso a commutare con decisione squadrando il segnale del controller.

Se il segnale del 555 lo prelevi dal pin 3 (non dal 2,6 o 7 come in alcune applicazioni particolari) puoi stare tranquillo che i fronti sono buoni (certo, non si parla di tempi di commutazione dell'ordine dei nsec, ma sono comunque molto buoni).
Il fatto che tu li veda arrotondati potrebbe dipendere da una non perfetta calibrazione della sonda dell'oscilloscopio. Io, ad esempio, ho una delle 2 sonde dell'oscilloscopio lcd che ha il compensatore che si stara con le vibrazioni e devo spesso ritoccare la compensazione.
 
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view post Posted on 17/10/2008, 14:35
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Rompiball

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OTTIMO!!!2 giorni che posto in quest forum e ho imparato cose molto interessanti! il motivo di questo mio interessamento sui mosfet,e' che mi piacerebbe fare un piccolo tesla allo stato solido partendo con soli 33 volt cc senza bruciare un'infinita' di compèonenti
ma per lo stadio puh-pull da te suggerito,mettiamo caso che io volessi pilotare un flyback avrei bisogno di una tensio doppia o come si dice duale no?? nn e' un po piu' scomoda?
 
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robo67
view post Posted on 17/10/2008, 14:47




No, il push-pull lo puoi alimentare anche a tensione singola.
Praticamente il collettore del transistor NPN lo si alimenta a 12V, il collettore del PNP a 0V.
Applicando all'ingresso del push-pull un segnale ad onda quadra che varia fra 0 (livello 0) e 12V (livello 1) all'uscita del push-pull avrai un segnale che varia fra 0,6-0,7V (livello 0) e 11,3-11,4V (livello 1), perfettamente adatto a pilotare il gate del mosfet, perchè i transistor, col loro guadagno in corrente di 100-300 volte e la capacità di fornire correnti anche abbastanza elevate, faranno in modo che la capacità di gate possa caricarsi/scaricarsi in un tempo breve.
Ricordati solo di inserire, in serie al gate del mosfet, una resistenza da 10-33 ohm: limita leggermente la velocità di commutazione creando meno disturbi elettromagnetici, che altrimenti possono essere molto forti e disturbare altre apparecchiature anche non vicinissime.
 
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view post Posted on 17/10/2008, 14:54
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Immane Rompiball

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Il NE555 viene definito "precision timer" ecco il suo datasheet che contiene anche alcune interessanti applicazioni:

http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM555.pdf

Il tempo di salita e discesa della forma d'onda in uscita è dato per 100nSec. Però è da considerare che questa performance viene data da prendersi con le molle, vedi nota (4). Quindi se pensi di generare un'onda quadra con frequenza di 3Mhz ovvero con un periodo di 333nSec ecco che ti apparirà il tuo trapezio.

In pratica, LM555 o NE555 non è altro che un timer di precisione relativamente alta per un timer analogico. Se serve un oscillatore con fronti di salita molto veloci occorre far seguire il 555 con uno schmitt trigger della serie 74F14 che dovrebbe avere un tempo di salita/discesa di 8nSec.
Poi, però, sorge il dubbio di come un MOS di potenza possa commutare in quei tempi lì... :unsure:
 
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maxwell2
view post Posted on 24/10/2008, 14:35




Ed ecco la mia domandina-ina-ina.... ^_^
Come posso estrapolare i watt che puo "sopportare" un mos-fet?
Nella fattispecie un IRFZ34N , quanto posso "spremerlo" prima di fonderlo e mandarlo a miglior vita? :unsure:
 
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view post Posted on 24/10/2008, 17:00
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Immane Rompiball

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Attenzione. La potenza dissipata di solito viene data per una temperatura del semiconduttore di 25 gradi. Perciò se la vostra tensione ai capi per la corrente che circola nel semiconduttore fa quasi quanto la potenza massima dissipabile dichiarata dal costruttore probabilmente lo avete montato su di un dissipatore paragonabile ad un dissipatore infinito.
Inoltre, la potenza dissipata da un componente attivo di solito è una curva. Perchè se si ha la massima corrente e tensione zero, la potenza è zero. Se si ha la massima tensione e corrente zero, la potenza è lo stesso zero. Tra questi due punti la potenza è un ramo di iperbole.
Quindi, attenzione a calcolare la massima potenza nel punto giusto del grafico.
Se quel MOS, è dato per 55V 29A e una potenza massima dissipata a 25 gradi di 68W. Dipende dal circuito dove si inserisce e dall'impiego di questo, io non azzerderei a fargli dissipare più di 30W continui, tipo regolatore lineare, oppure 40-50 come switcher nei picchi di punta. Inoltre mi terrei lontano dai 29A. A meno che questi non siano proprio dei picchi. In un circuito lineare, p.es. amplificatore audio o regolare di tensione non azzarderei più di 2/3A. Come switch il discorso è diverso e dipende dai tempi di chiusura/apertura ed il duty cycle dell'onda.
 
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gyppe
view post Posted on 24/10/2008, 17:10




Uhm, in effetti questo concetto non mi è tanto chiaro. I dati per tensione e corrente sono quelli, ma indica come pTot 68W. Se ho capito bene quello che hai detto, significa che potrei farci scorrere 39A, ma a soli 2V, per stare all'interno della potenza massima, esatto?
 
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robo67
view post Posted on 24/10/2008, 17:34




Bella domanda, Max.

Innanzi tutto il mosfet in questione, come dice gyppe, resiste a 55V 29A.
I parametri importanti sono però anche la potenza massima dissipabile (68W a 25°C) e la Rds on (0,04ohm a 25°C).

Per sapere se un'applicazione può sollecitare troppo il mosfet occorre sapere quanta corrente attraversa il mosfet quando è attivo.

Guardando il grafico in fig.3 si nota che con una Vgs di 10V il mosfet è in grado di pilotare correnti di almeno 50A senza limitazioni.
Dal grafico in fig.4 si nota invece che la Rds on aumenta con la temperatura in modo abbastanza lineare. Questo significa che più aumenta la temperatura del componente e tanto più, a parità di corrente di drain, la potenza dissipata aumenta.

Volendo stare dalla parte dei bottoni si può considerare il fatto più sfortunato, ovvero che la giunzione del mosfet abbia raggiunto i 175°C (il progettista in questo caso andrebbe giustiziato in modo sommario per incapacità nel dimensionamento del sistema di raffreddamento).
Ebbene, in queste condizioni la Rds on sarebbe 2 volte il valore che ha a 25°C (la curva del grafico indica infatti lo scostamento rispetto al valore 1 che è a 25°C).
A 175°C la Rds on sarebbe quindi circa 0,08ohm.

Per sapere la corrente di drain massima sopportabile occorre dividere la potenza massima Pd per la Rds on: I2=Pd/Rdson=68/0,08=850 da cui I=29A che è poi il valore dichiarato.

Attenzione però ad una cosa: questi parametri sono quelli di un mosfet che funziona in regime statico (sempre on).
Durante le commutazioni il mosfet è costretto a dissipare una potenza superiore, dato che, durante le transizioni, la Rds on varia sì in modo veloce, ma non istantaneo.
La velocità di commutazione è data, oltre che dalla velocità del mosfet, che comunque è molto alta, dal tempo che la capacità di gate impiega a caricarsi e scaricarsi, tempo dipendente dalla potenza del driver che lo pilota.

Conclusioni? Se hai un mosfet che lavora in regime impulsivo a frequenza elevata (da qualche KHz in su) cerca di raffreddarlo bene e, soprattutto, usa un driver adeguato, con una corrente di uscita elevata (driver da 0,8A in su).
Se hai un oscilloscopio puoi verificare cosa succede sul gate e se vedi che l'onda quadra non ha dei fronti ripidi (durata superiore a 1-2uSec) significa che il driver non è adeguato e il mosfet può scaldare maggiormente.


CITAZIONE
Uhm, in effetti questo concetto non mi è tanto chiaro. I dati per tensione e corrente sono quelli, ma indica come pTot 68W. Se ho capito bene quello che hai detto, significa che potrei farci scorrere 39A, ma a soli 2V, per stare all'interno della potenza massima, esatto?

Quello che dice Law è che la potenza dei 68W sono dichiarati a 25°C. Se la temperatura aumenta tu, per mantenere il mosfet in equilibrio termico, impedendogli quindi di continuare ad aumentare la temperatura fino alla distruzione, devi ridurre la potenza dissipata oppure assicurarti che il calore generato venga smaltito così bene da ripristinare in breve tempo la temperatura di 25°C nella giunzione (cosa ottenibile con un dissipatore di superficie infinita e con una resistenza termica giunzione->ambiente pari a 0, ovvero solo teorico).
Alcune case pubblicano la cosiddetta Operating safe area, ovvero l'area di potenza all'interno della quale il mosfet può lavorare.
La IR la dichiara, ma per impulsi singoli e di durata breve (10usec,100usec e 1msec), rilevabili nel grafico della fig.8. Se i parametri di corrente e tensione usati fanno sì che il punto sul grafico resta all'interno del "quasi rettangolo" il mosfet resiste, altrimenti passa a miglior vita.
 
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gyppe
view post Posted on 24/10/2008, 17:40




Interessante, avrei un'altra domanda.
Si parlava di una resistenza in parallelo al gate, necessaria per scaricarne la capacità durante i fronti negativi di un'onda quadra ad alta frequenza che lo pilota. Per calcolarla dovrei trovare la capacità del gate, conoscere la frequenza con cui piloto il gate, e trovare la resistenza che mi garantisca un tempo di scaricamento inferiore alla frequenza di pilotaggio.
Dico bene? Ma scommetto che esistono strani trucchetti :D

 
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