Перейти к содержанию

Как получить 10 В для затвора MOSFET от 5 В?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Многие силовые MOSFET нормированы при 10 В между затвором и истоком: у IRFZ44 сопротивление канала 0,028 Ом указано только при UGS = 10 В, а порог открытия — до 4 В. Если в схеме есть только 5 В, 10 В можно получить удвоителем на конденсаторах.

Удвоитель на LM2663

LM2663 — преобразователь на переключаемых конденсаторах, который в режиме удвоителя (рис. 27 даташита) работает от 2,5 до 5,5 В. Без нагрузки выход ровно вдвое больше входа, под нагрузкой проседает на ток, умноженный на выходное сопротивление: 3,5 Ом типично и до 7 Ом при 200 мА. В этом режиме выводы меняют роль: на GND подают +5 В, OUT соединяют с общим проводом, а выход берут с V+ — так на каждой части микросхемы остаётся не больше 6 В.

Наш расчёт для затвора IRFZ44:

Частота ШИМСредний ток затвора Qg · f (67 нК)Просадка на 7 ОмНапряжение на выходе
1 кГц0,07 мА0,5 мВ≈ 10,0 В
20 кГц1,3 мА9 мВ≈ 10,0 В
100 кГц6,7 мА47 мВ≈ 9,95 В

Ток заряда затвора мал, но удвоитель нагружает и каскад сдвига уровня. Наш расчёт: подтяжка 1 кОм к 10 В добавляет 10 мА, пока ключ выключен, — на 7 Ом это ещё 70 мВ. Ток удвоителя считают по сумме Qg · f и тока подтяжки; оба далеко от предела 200 мА.

Как переключать затвор

Микроконтроллер 5 В не может выдать 10 В, поэтому между ним и затвором ставят каскад сдвига уровня: транзистор, который тянет затвор к земле, и подтяжку к 10 В — или специализированный драйвер затвора, который заряжает и разряжает затвор быстро. У каскада с подтяжкой два недостатка: включение MOSFET идёт через резистор и потому медленное, а логика инвертируется — высокий уровень на выводе микроконтроллера выключает нагрузку. Варианты ключей разобраны в схемах ключей на MOSFET, удвоители — в статье «Удвоитель напряжения: схема на диодах и на LM2663».

Когда это не нужно

Если транзистор только выбирается, проще взять MOSFET с логическим уровнем: у IRLZ44 те же 0,028 Ом нормированы уже при 5 В на затворе, и никакого удвоителя не требуется. Удвоитель оправдан, когда силовой транзистор задан или нужен именно 10-вольтовый драйвер. Параметры LM2663 — на странице LM2662 и LM2663.

Похожие вопросы

Можно ли подключить затвор прямо к выходу удвоителя через вывод микроконтроллера?

Нет: вывод 5-вольтового микроконтроллера не выдержит 10 В. Нужен каскад, который переключает затвор между 0 и 10 В — например NPN-транзистор, тянущий затвор к земле, с резистором к 10 В, или драйвер затвора. Резистор подтяжки заряжает затвор медленно, поэтому медленным получается включение MOSFET; пока NPN открыт, через резистор постоянно течёт ток 10 В / R, а логика инвертируется. Для ШИМ лучше драйвер затвора.

Сколько тока нужно затвору?

В среднем — заряд затвора, умноженный на частоту. Наш расчёт для IRFZ44 с зарядом до 67 нК: при ШИМ 20 кГц — около 1,3 мА, на выходном сопротивлении LM2663 (до 7 Ом) это падение около 9 мВ. Короткие импульсы тока перезаряда даёт конденсатор на выходе удвоителя.

Какие конденсаторы поставить в удвоитель LM2663?

В испытательной схеме TI — по 47 мкФ с ESR не больше 0,2 Ом; конденсаторы с большим ESR увеличивают выходное сопротивление. Пульсации выхода TI оценивает как IL / (fosc · C2) + 2 · IL · ESR. Наш расчёт для затвора с током 1,3 мА, 150 кГц и 10 мкФ керамики — меньше 1 мВ.

Источники

  1. Texas Instruments. LM2662, LM2663 Switched Capacitor Voltage Converter (SNVS002E, January 1999, revised October 2014) — разд. 5 — назначение выводов в режиме удвоителя: GND — плюс входа, OUT — общий провод, V+ — выход, LV соединяют с OUT; разд. 6.1 — не больше 6 В между V+ и GND и между GND и OUT; разд. 6.3 — вход удвоителя 2,5–5,5 В; разд. 6.5 — выходное сопротивление 3,5 Ом тип. и 7 Ом макс. при 200 мА, ток до 200 мА; разд. 9.2.2 — без нагрузки выход равен удвоенному входу, диод 1N5817 для запуска; ур. 2 — пульсации IL / (fosc · C2) + 2 · IL · ESR; прим. 1 к табл. 6.5 — в испытаниях конденсаторы 47 мкФ с ESR до 0,2 Ом, больший ESR увеличивает выходное сопротивление; частота генератора LM2663 — 150 кГц
  2. Vishay. IRFZ44, SiHFZ44 Power MOSFET (doc. 91291, S21-1045-Rev. C, 25-Oct-2021) — RDS(on) 0,028 Ом при VGS = 10 В; VGS(th) 2,0–4,0 В; Qg до 67 нК при VGS = 10 В
  3. Vishay. IRLZ44, SiHLZ44 Power MOSFET (doc. 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — RDS(on) нормировано при VGS = 4 и 5 В: 0,028 Ом при 5 В, 0,039 Ом при 4 В

Нашли ошибку?

Смотрите также