トランジスタの最大PWM周波数を決定する方法（2SK2554）

2SK2554トランジスタの妥当な最大PWM周波数を決定（推定）するにはどうすればよいですか？

データシートでタイミングを見つけました：

これから周波数を見積もることができます（これらの時間がすべて私のPWMサイクル長などの20-50倍であることを確認してください。しかし、Vgsは4-5Vで、最大電流は10Aです。

遅いPWM（〜1kHz）を使用しているので質問しましたが、スイッチング中に電力を失うことなく、PWMをどれだけ高速にできるか知りたいです。

私の負荷は大きな鉛蓄電池（充電）または抵抗（放電）です。

これまでのところ、私はMultisimに2SK2554がなかったため、同様の少し小さいトランジスタ（2SK2553）でシミュレーションを行いました。

これはVgs = 4Vのグラフです。

スイッチング時間は、PWMサイクルタイムからどれだけの時間（たとえば、パーセント）を取ることができますか？

スイッチング速度を決定する主な要因は、MOSFET自体だけではなく、それを配線した回路です。

ゲート（つまり、PWM信号のPoV）の観点から見ると、MOSFETは単純なコンデンサと見なすことができます。そのコンデンサの両端の電圧がしきい値電圧を超えると、MOSFETはオンと見なされます$V_{th}$ 以下ではオフになります（それよりも複雑ですが、現時点では簡略化されたモデルです）。

つまり、基本的には、そのコンデンサをどれだけ速く充電および放電できるかということになります。

コンデンサが充電または放電するのにかかる時間が長くなるほど、デバイスのスイッチングにかかる​​時間が長くなり、そのスイッチング期間中に消費される電力が多くなります。

International Rectifierからの非常に優れたPDFドキュメントがあり、MOSFETの基本を紹介しています。「Gate Charge」という見出しのセクションは、この問題を読むのに適しています。

コンデンサの充電時間を計算するための標準のRC公式に簡略化できます。 $\tau=R \times C$-ゲートの静電容量に、ゲートを充電または放電する回路部分の抵抗を掛けたもの。たとえば、ゲートを100Ωでスイッチングしていて、ゲートの容量が7700pFの場合、立ち上がり時間は次のようになります。$100 × 7.7e-9 = 770ns$63.2％の充電のため。もちろん、正確なしきい値電圧とドライブ電圧に合わせて時間を調整します。

たとえば、8ビットPWM、つまり256の値が考えられるため、スイッチングには絶対最小値770ns * 256タイムスライス（197.120µs）または絶対最大周波数5073Hzが必要です。スイッチオンとスイッチオフの間のレベルドライブの最小1タイムスライスを確保するために、それを半分に制限します。

もちろん、それは大まかな値にすぎません。そのPDFを読んで、データシートの値と比較すると、より正確な値が得られる場合があります。

ステップがmosfetのゲートに当たると、mosが完全にオンになるまでに多少の遅延があります。理想的な状態で導通する（完全にオフ）のではなくオンにする（オフにする）のではなくオン（オフ）にするのにほとんどの時間を費やすMOSになりたくない場合は、これを考慮する必要があります。 。

ステップが到着すると、2つのことが起こります。ゲートとソースの容量が充電され、反転領域がゲートの下に形成される必要があります。ゲートの電荷が特定のしきい値を下回ったり上回ったりすると、電流（または考えられるすべての電流）が流れないため、「デッド」遅延のようなものがあります。つまり、ターンオンとターンオフの両方で何も起こりません。その遅延は遅延時間。

立ち上がり時間と立ち下がり時間は、電流が最大値またはゼロに到達するのに必要な時間を考慮しており、まるで線形（三極管）領域のmos特性に沿って歩いているかのようです。

遅延時間はおそらくほぼ一定ですが、立ち上がり時間と立ち下がり時間はゲート電圧に大きく依存します。

• オンにすると、ターゲットゲート電圧が高いほど、立ち上がり時間が短くなります。
• ターンオフ時、開始ゲート電圧が低いほど、立ち下がり時間は短くなります

時々、ゲートを高電圧で駆動して急速にオンにしてから、最小に戻します $V_{GS}$ それは飽和を保証するので、ターンオフも速くなります。

あなたのタイミングについて、私は各遷移の遅延と立ち上がり（立ち下がり）時間の合計を開始します。

mosをオンまたはオフにする時間の最大1％を費やしたいとします。 $t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$、それを100倍すると、周期が258000ns、つまり258usになり、約4kHzになります。コメントでは、電源投入時間を単に無視していました。

いずれにしても1％はかなり控えめな制限です。つまり、スコープを通して見ると、波は実際に方形波に見えます。あなたはおそらくもう少し高くても安全であることができます、すなわちあなたは多くを放散していません。