MOSFET omkoppling med styrbar omkopplingshastighet under höga strömpulser : Styrning av omkoppling för MOSFET med variabel gate-ström

Sammanfattning

Detta examensarbete behandlar hur variation av slew rate påverkar switchprestanda hos kraft-MOSFET:ar vid höga strömpulser. Syftet med detta projekt var att ta fram en lämplig modell för att undersöka hur variation av slew rate påverkar switchprestanda för kraft MOSFET:ar i höga strömapplikationer. Målsättningen var att konstruera en krets som skulle klara av att driva en MOSFET med höga strömmar nära dess maximala strömbegränsning under korta pulser med möjlighet att via en Arduino mikrokontroller ändra driftparametrar för slew rate. Ett användargränssnitt skulle också implementeras i projektet för att göra testkörningen operatörsvänlig. Inledningsvis genomfördes teoretiska studier där switchförluster, gatedrivning och annan relevant information samlades för att förberedas inför projektet. Efter att en lösningsidé skapats om möjlig gate drivarkrets testades idén i simuleringsmiljö. Därefter byggdes en prototyp som grundades i möjligheten att variera slew rate genom att programmerbart kunna ändra MOSFET:ens gateresistans, vilket gjordes med en resistorbank kontrollerad av fler mindre MOSFET:s. Metoden för styrning av tillslagstid och frånslagstid skiljdes åt för att kunna uppnå långsammare frånslag. Användargränssnittet löstes genom att koppla Arduinon till en Siemens S7 1500 PLC via ModBus TCP/IP för att kunna använda en Siemens HMI. Resultatet blev att MOSFET:en kunde driva strax över 1kA under korta pulser vilket var relativt nära 1200 A som var specificerat max från datablad. Detta var möjliggjordes efter styrkretsen som gav variation av tillslagtider i området 1 till 20 mikrosekunder och frånslagstider mellan 100 och 400 mikrosekunder kombinerats med viss skyddshårdvara. Slutsatsen var metoden med variabel resistorbank lyckades, men lämnar utrymme för förbättring.