Witajcie
To jest krótki artykuł o dobieraniu rezystorów bramkowych. Do zabawy potrzebujemy:
- generator prostokąta
- driver tranzystorów
- układu mocy na tranzystorze/tranzystorach MOSFET lub IGBT
Mój układ doświadczalny to TL494 -> TC4421/2 -> GDT -> pełny mostek
Tekst zawiera uproszczenia.
Na początek trochę teorii.
Wspomniany wyżej układ to najpopularniejszy typ wzmacniacza stosowanego do zasilania półprzewodnikowych cewek Tesli, a także falowników, transformatorów na rdzeniu ferrytowym czy powielaczy napięcia.
Tranzystory są włączane w stan przewodzenia poprzez naładowanie kondensatora jaki tworzy bramka i źródło tranzystora MOSFET (bramka-emiter w IGBT). Jest to wygodne i oszczędne prądowo rozwiązanie (w porównaniu do tranzystorów bipolarnych), ale dostarcza też kilku problemów.
Pasożytnicze indukcyjności w obwodzie bramka-źródło tworzą ze wspomnianym kondensatorem układ LC, który za owe kłopoty jest odpowiedzialny. Proces szybkiego ładowania i rozładowywania kondensatora przez "cewkę" powoduje, że układ wpada w oscylacje, które obserwujemy na bramce tranzystora i potocznie nazywamy "dzwonkami".
Komentarz: Brak rezystora bramkowego
Jest to bardzo niekorzystne zjawisko ponieważ podczas oscylacji tranzystor może przechodzić w stan nienasycenia lub nawet zatkania. To z kolei skutkuje zwarciami skrośnymi, przepięciami na wyjściu wzmacniacza czy wzbudzaniem układu. Tranzystory zaczną się intensywnie grzać, moc znacznie spadnie, a przy zasilaniu napięciem bliskim napięciu przebicia złącza hukiem eksplodujących tranzystorów.
Tak... znacznie bardziej sympatycznie byłoby wytłumić te oscylacje! Tu z pomocą przychodzą rezystory bramkowe.
Podłączenie rezystora 8R do bramki daje znaczną poprawę:
Mimo to obserwujemy jeszcze mały pik. Jest on już akceptowalny, ale spróbujmy poprawić sytuację dając 10R zamiast 8R:
Tutaj mamy prawie perfekcyjny przebieg bramkowy, ale jesteśmy perfekcjonistami i damy 15R:
Iii... przedobrzyliśmy
Chyba już każdy widzi do czego dążymy, a czego unikamy. Chcemy mieć idealnego prostokąta więc nie chcemy mieć oscylacji, ale przedobrzyć też nie możemy ponieważ wzrastają czasy narastania. Duże czasy narastania powodują, że tranzystor dłużej "dochodzi" do stanu nasycenia i będzie się na nim wydzielać więcej ciepła.
Malutki pik jak na trzecim obrazku jest już bardzo dobrą sytuacją, ale można próbować jeszcze z rezystorem 12R (nie mam takiego).
Pochyły prostokąt na obrazku czwartym jest niedopuszczalny - trzeba wrócić do poprzedniej konfiguracji.
Jest to dosyć mozolna praca jeśli nie mamy szczęścia... wlutuj, sprawdź przebieg, przelutuj, znowu sprawdź przebieg... trzeba wykonać te czynności dla każdego tranzystora z osobna, ponieważ każda ścieżka czy wyprowadzenie może mieć inną indukcyjność, a każda bramka nieco inną pojemność. Ja radzę sobie z tym tak, że dobieram rezystor do jednego tranzystora, a następnie wlutowuję wszędzie takie same rezystory i tylko kontroluję czy wszystko jest ok. Najczęściej (z mojego doświadczenia) nie trzeba już nic zmieniać

W układach o dużej mocy trzeba również sprawdzać przebiegi na bramkach podczas pracy pod obciążeniem, gdyż może wystąpić efekt Millera. Objawia się on występowaniem "schodków" na zboczu narastającym i w skutkach jest podobny do sytuacji z obrazka czwartego. Wygląda następująco (obrazek ze strony
http://www.richieburnett.co.uk/temp/gdt/txmiller.gif ):
O radzeniu sobie z tym zjawiskiem kiedy indziej

Żródła:
http://www.richieburnett.co.uk/temp/gdt/gdt2.htmlhttp://www.radio-sensors.se/download/gate-driver2.pdf