Wie kann man die Mosfet-Schaltgeschwindigkeit erhöhen und die Schaltverluste verringern?

Ich hoffe, dies ist keine allzu breite Frage, aber was sind die besten Methoden, um ein schnelles Einschalten eines MOSFET zu erreichen, der von einem PWM-Signal angesteuert wird?

Mein aktuelles Wissen sagt mir, dass ich zwei Dinge tun kann:

1 - Verwendung der niedrigstmöglichen PWM-Frequenz, da die Schaltverluste bei höheren Frequenzen höher sind.

2 - Fahren Sie das Gate mit dem maximal möglichen Strom an, um die Gatekapazität so schnell wie möglich zu überwinden. Um dies zu tun, vermeide ich das Hinzufügen eines Widerstands zwischen MCU und Gate oder das Hinzufügen eines Allzwecktransistors zwischen MCU und Mosfet, damit ich das Gate mit höherem Strom ansteuern kann.

Derzeit habe ich eine PWM, die mit einem N-Kanal-IRLZ44-Mosfet mindestens bei 100 kHz betrieben werden muss, sodass der erste Punkt nicht anwendbar ist und der zweite Punkt nicht ausreicht, um akzeptable Schaltverluste zu erzielen. Meine Mosfets sind überhitzt und ich würde gerne eine bessere Lösung finden als einen größeren Kühlkörper.

Soll ich nach einem besseren Mosfet suchen? Oder sollte ich vielleicht versuchen, einen Kondensator hinzuzufügen, der einschaltet, wenn das PWM-Signal ansteigt und den Strom durch das Gate erhöht? Oder gibt es andere Möglichkeiten, um schneller zu wechseln?

Aktualisieren:

Ich dachte, die Frage brauche kein Beispielschaltbild, aber hier ist es:

Ich bin aufgrund anderer Fragen, die ich hier gestellt habe, zu dieser Schaltung gekommen. Ich benutze 5V und die Last ist ungefähr 1A. Wie Sie sehen können, fahre ich einen Transformator. In dieser Konfiguration habe ich 10 Vpp am Primärtransformator und die Sekundärspannung erhöht diese auf 1500 Vpp.

Aufgrund der aktuellen Kommentare und Antworten ist mir bereits ziemlich klar, dass die Verwendung eines Treibers der einfachste, billigste und einfachste Weg ist, um geringere Wirbelverluste zu erzielen. Aber wenn es eine Möglichkeit gibt, die Schaltung ohne Treiber zu verbessern, wäre ich daran interessiert, etwas darüber zu lernen.

1. Stellen Sie eine geeignete Gate-Ansteuerschaltung bereit, die einen ausreichend hohen Strom und eine angemessene Anstiegsgeschwindigkeit aufnehmen / liefern kann (andere haben über einen dedizierten Gate-Antrieb berichtet).

2. Wählen Sie Ihren Gate-Widerstand für die Gate-Ladungskurve (oder die gesamte Gate-Kapazität) richtig aus. Zu hoch und Sie schalten langsamer und mehr Schaltverluste. Zu niedrig und es besteht die Möglichkeit, dass der Stromkreis klingelt (erhöht Ihre Verluste) und im schlimmsten Fall ... einen Pierce-Osc einrichtet

3. Wenn Sie eine induktive Last schalten, BEHALTEN Sie die Streuinduktivität zwischen der Kathode der Freilaufdiode und dem FET sehr, sehr niedrig (nicht so niedrig wie bequem wie niedrig - bei Bedarf neu anordnen)

4. Wenn Sie die induktive Last schalten, übersehen Sie nicht die Rückwärtswiederherstellung der Diode. Wählen Sie eine geeignete Diode

5. Minimieren Sie die Gate-Source-Leitungsinduktivität (Twisted Pair, kurz), der Einfachheit halber ebenfalls nicht kurz, so kurz wie möglich.

6. Wenn Sie mit der Stromversorgung schalten, minimieren Sie die Streuinduktivität des Bulk-DClink-Kondensators. Wieder nicht kurz für die Bequemlichkeit, aber so kurz wie möglich.

7. Betrachten Sie eine Form der Lamina Sammelschiene für 5

Wählen Sie entweder einen besseren MOSFET oder verwenden Sie einen Push-Pull-Treiber wie folgt: -

Beachten Sie, dass dieser Chip identische MOSFETs in der Ausgangsstufe verwendet. Hier ist eine andere, die den FAN7842 von Fairchild verwendet: -

Sie sollten auch sicherstellen, dass zwischen dem Ausschalten und dem Einschalten genügend Totzeiten liegen.

Beide Geräte können bei Bedarf zur Ansteuerung einzelner MOSFET-Ausgänge verwendet werden. Hier ist einer, der einen Highside-MOSFET antreibt: -

Wenn Sie P-Kanal-Geräte vermeiden, erhalten Sie ein paar Prozent mehr Effizienz (Genralismus-Alarm). Dies ist eine nützliche Sammlung von Bildern, um andere Ideen zu geben.

Wie Andy aka rät, gibt es Tonnen und Tonnen von integrierten MOSFET-Treibern, und sie funktionieren wirklich gut mit einem Minimum an Teilen.

Für den Fall, dass Sie ein einmaliges Design mit diskreten Teilen wünschen, ist hier ein Ausgangspunkt: (Der Schalter repräsentiert Ihren Mikrocontroller oder was auch immer diese Anordnung antreibt)

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Q1 und Q2 sind ein Push-Pull-Paar von Emitterfolgern. Ihr Ausgang (am Gate von M1) wird ungefähr auf der gleichen Spannung wie der Eingang gehalten (Modulo der Basis-Emitter-Spannung), aber die Stromverstärkung des BJT multipliziert den vom Eingang verfügbaren Strom.

Folglich benötigen Sie etwas, das an den Eingang angeschlossen ist und die Gate-Spannung erreichen kann, die Sie verwenden möchten. Wenn Sie einen Mikrocontroller verwenden, beträgt die Ausgangsspannung wahrscheinlich 3,3 V oder 5 V. Sie können MOSFETs finden, die für diese Gatespannungen ausgelegt sind, aber die meisten Leistungs-MOSFETs funktionieren am besten mit 12 V, sodass Sie zusätzliche Schaltungen hinzufügen möchten, um die Spannungsumwandlung durchzuführen. Siehe Fahren auf der unteren Seite einer Mosfet-Brücke mit 3,3 V, die auch einen komplexeren diskreten MOSFET-Gate-Treiber enthält.

Ein guter Torantrieb ist ein Schritt in die richtige Richtung und wurde in anderen Antworten angegeben. Jetzt ist es an der Zeit, sich T1 anzuschauen. Zwischen jedem Zweig der CT-Primärwicklung tritt eine gewisse Streuinduktivität auf. Wenn Sie Q5 oder Q6 ausschalten, wird der Strom unterbrochen. Die in der Streuinduktivität gespeicherte Energie führt zu schrecklichen Hochspannungsspitzen in Ihrem Stromkreis Sie müssen sich damit befassen, um einen Mosfet-Fehler zu verhindern. Wenn Sie die Baseball-Zahlen für diese induktive Energie, die auf Ihrer Schaltung verschwendet wird, einstecken und mit der Frequenz multiplizieren, um den Leistungsverlust abzuschätzen, werden Sie feststellen, dass diese Verluste schlecht sind. Versuchen Sie also, die Verschwendung wiederzugewinnen Strom, um die Spannungsspitzen zu begrenzen und die Mosfets kühl zu halten. Eine einfache Möglichkeit, diese Energie zurückzugewinnen, besteht darin, einen passiven Dämpfer zu bauen, der Strom in einen Widerstand verbrennt, damit die Fets nicht mehr blasen. Optimieren Sie dann die Wellenformen.