7. Budič hradla a horní spínač
Hradlo MOSFETu neodebírá trvalý proud — je za sklem. Ale je to kondenzátor a při každém přepnutí se musí nabít a vybít. Kdo to udělá rychle, ušetří na spínacích ztrátách.
Proč nestačí mikrokontrolér
| GPIO | budič | |
|---|---|---|
| napětí | 3,3 V | 10–15 V |
| proud | ~20 mA | 1–4 A |
| doba přechodu | desítky µs | desítky ns |
Rozdíl v proudu je faktor sto. A protože t = Q/I, je i doba přechodu stokrát kratší — a s ní spínací ztráty. Navíc 3,3 V na hradle výkonového MOSFETu nestačí ani na to, aby pořádně sepnul: RDS(on) se udává při 10 V a při 3,3 V bývá několikanásobný.
Millerova plošina je to, co se vlastně měří. Během přechodu se
napětí na hradle na chvíli zastaví, protože všechen proud jde do přebíjení kapacity
mezi drainem a hradlem. Délka té plošiny — QGD/IG — určuje, jak rychle
padne napětí na spínači, a tedy skoro celou spínací ztrátu. Proto se v katalogu kouká na
QGD, ne na celkové QG.
Horní spínač: problém, který nemá elegantní řešení
Dolní N-kanálový MOSFET je snadný: source je na zemi, hradlo se budí proti zemi. Horní ne — jeho source je na výstupu, který skáče mezi zemí a plusem sběrnice. Aby sepnul, musí být hradlo o 10 V výš než source, tedy nad plusem sběrnice.
- P-kanál nahoře. Jednoduché, ale P-kanál má při stejné ploše čipu asi třikrát vyšší odpor (pohyblivost děr, viz SemiLab, kapitola 2). Pro malé proudy v pořádku.
- Bootstrap. Kondenzátor, který se nabije, když je výstup dole, a pak „jede nahoru" s výstupem a drží napětí nad ním. Levné a nejběžnější. Nevýhoda: vyžaduje, aby výstup občas šel dolů — horní spínač tedy nemůže být trvale sepnutý. Proto mají měniče maximální střídu třeba 97 %, ne 100 %.
- Nábojová pumpa nebo izolovaný zdroj. Řeší i trvalé sepnutí, ale stojí víc.
Past, na kterou se dá narazit až v provozu: při velmi nízkých
otáčkách a vysoké střídě se bootstrap nestihne dobít a horní tranzistor začne vypadávat.
Projeví se to jako cukání při rozjezdu, ne jako zjevná porucha.