dirençsiz mosfet sürülür mü?

[Burak]

Mikroişlemcilerin functional block diagram bölümlerinde verilen ve ilgili pinlerin output olarak kullanılmak istenildiğinde çıkış yapısının ne tür bir analog yapıya sahip olduğunu incelersek karşımıza çoğu üreticide push-pull / totem-pole yada open-collector tiplerine sahip olduklarını görmekteyiz ama , max supply current bilgilerinde işlemcilerin gpio'larının dışarı akım sağladığı (source) yada içine akım akıttıkları (sink) durumlarda ki maksimum değerler datasheet'lerde açıkça belirtiliyor . Görselde paylaştığınız bağlantı tipi mosfetin Vgs threshold değerini aşsa dahi , istenilen drain current değerlerine ulaşması Total Gate Charge , Cgd Cgs Cds gibi parametrelere bağlı olduğu gibi , miller plato'su öz eğrisine de bağlı olarak değişecektir . Sonuç olarak bir işlemci IO'sunu Output source olarak konfigüre edip direkt olarak sürmek yanlış , yanlış olmasının nedeni , çünkü anlıkta olsa Cgs kapasitörü ilk aşamada short olarak davranacağı için düşük frekans sürmede işlemciyi brown-out reset durumuna sokabilir çünkü , boş olan bir kapasite dirençsiz doldurulmaya kalkılırsa GPIO source modunda dahili pull-up direncini tam olarak bilemediğimizden anlık olarak GPIO high state gerilimi doğrudan ground'a konnekte olacak ve bu bahsettiğim problemlere yol açabilecek durumlar oluşturacaktır . Amacımız robust (sağlıklı , garantici, sağlam ) bir sürme ise mosfet sürme teknikleri konusunda daha sağlıklı yöntemlerin denenmesi gerekiyor  . Yüksek hızda anahtarlama yapılmadan sadece on-off olarak çalışacaksa , En azından bahsedilen mosfet için 10V'luk bir sürme gerilimi iletime geçmesi ve belirli bir Idrain altında iletimde kalması için gerekli ve yeterli gerilim koşuludur . Vgs threshold gerilimi çoğunlukla çok sınır bir değer yani miller platosuna ulaşmak için gerekli bir değer ama tam iletim koşulu için diğer parametrelerde hesaba katılması gerek , Yani mikroişlemci ile düşük frekans direkt sürme olayı Vgs threshold gerilimi 1-2 volt olan ve minimum 4.7 volt beslemeyle çalışan mikroişlemciler ile ve Rgate kullanmak şartıyla analog olarak kabul edilebilir görünüyor datasheet'te belirtilen , bir pinden maximum source edilmesi gereken akımın 25mA ile ve hatta tüm pinlerden total olarak 200mA ile sınırlandırılması gerektiği ön koşulunu ele alırsak (Tahminen ve yaklaşık olarak) yavaş ve uzun bir turn-on ve off süresi yaşayacaktır , Şahsen bu metodu önermiyorum mecbur kalınırsada düşük Vgs threshold'a sahip bir Mosfet ve direnç eşliğinde akım değerlerinide pin başına maksimum 20mA(işlemci tipine göre değişecek olup) ile sınırlayacak şekilde kullanabilirsiniz . Ama dediğim gibi yinede önermiyorum .

Burak

[elektro77]

Mikroişlemcilerin functional block diagram bölümlerinde verilen ve ilgili pinlerin output olarak kullanılmak istenildiğinde çıkış yapısının ne tür bir analog yapıya sahip olduğunu incelersek karşımıza çoğu üreticide push-pull / totem-pole yada open-collector tiplerine sahip olduklarını görmekteyiz ama , max supply current bilgilerinde işlemcilerin gpio'larının dışarı akım sağladığı (source) yada içine akım akıttıkları (sink) durumlarda ki maksimum değerler datasheet'lerde açıkça belirtiliyor . Görselde paylaştığınız bağlantı tipi mosfetin Vgs threshold değerini aşsa dahi , istenilen drain current değerlerine ulaşması Total Gate Charge , Cgd Cgs Cds gibi parametrelere bağlı olduğu gibi , miller plato'su öz eğrisine de bağlı olarak değişecektir . Sonuç olarak bir işlemci IO'sunu Output source olarak konfigüre edip direkt olarak sürmek yanlış , yanlış olmasının nedeni , çünkü anlıkta olsa Cgs kapasitörü ilk aşamada short olarak davranacağı için düşük frekans sürmede işlemciyi brown-out reset durumuna sokabilir çünkü , boş olan bir kapasite dirençsiz doldurulmaya kalkılırsa GPIO source modunda dahili pull-up direncini tam olarak bilemediğimizden anlık olarak GPIO high state gerilimi doğrudan ground'a konnekte olacak ve bu bahsettiğim problemlere yol açabilecek durumlar oluşturacaktır . Amacımız robust (sağlıklı , garantici, sağlam ) bir sürme ise mosfet sürme teknikleri konusunda daha sağlıklı yöntemlerin denenmesi gerekiyor  . Yüksek hızda anahtarlama yapılmadan sadece on-off olarak çalışacaksa , En azından bahsedilen mosfet için 10V'luk bir sürme gerilimi iletime geçmesi ve belirli bir Idrain altında iletimde kalması için gerekli ve yeterli gerilim koşuludur . Vgs threshold gerilimi çoğunlukla çok sınır bir değer yani miller platosuna ulaşmak için gerekli bir değer ama tam iletim koşulu için diğer parametrelerde hesaba katılması gerek , Yani mikroişlemci ile düşük frekans direkt sürme olayı Vgs threshold gerilimi 1-2 volt olan ve minimum 4.7 volt beslemeyle çalışan mikroişlemciler ile ve Rgate kullanmak şartıyla analog olarak kabul edilebilir görünüyor datasheet'te belirtilen , bir pinden maximum source edilmesi gereken akımın 25mA ile ve hatta tüm pinlerden total olarak 200mA ile sınırlandırılması gerektiği ön koşulunu ele alırsak (Tahminen ve yaklaşık olarak) yavaş ve uzun bir turn-on ve off süresi yaşayacaktır , Şahsen bu metodu önermiyorum mecbur kalınırsada düşük Vgs threshold'a sahip bir Mosfet ve direnç eşliğinde akım değerlerinide pin başına maksimum 20mA(işlemci tipine göre değişecek olup) ile sınırlayacak şekilde kullanabilirsiniz . Ama dediğim gibi yinede önermiyorum .

Burak

teorik ve teknik açıklama diye buna denir işte. Teşekkürler Burak Bey. Çok açıklayıcı bir yazı. Ben buna ASM tarzı açıklama diyorum

[Ph.D.]

teorik ve teknik açıklama diye buna denir işte. Teşekkürler Burak Bey. Çok açıklayıcı bir yazı. Ben buna ASM tarzı açıklama diyorum

@Burak Bey'in açıklamasından sonra şimdi tasarımınızı ne yönde değiştirmeyi düşünüyorsunuz?

[elektro77]

@Burak Bey'in açıklamasından sonra şimdi tasarımınızı ne yönde değiştirmeyi düşünüyorsunuz?

Direnç kullanımı yönünde değiştirmeyi düşünüyorum. Fakat bu düşüncemi ne Cgs nin şarj olması için çektiği akım nedeniyle ki kullandığım mosfetin datasheetinde bu akımın on of kullanımda 30 mikroamper çektiği yazıyor ve testlerimde de yakın sonuç çıkıyor, ve Cgs kapasitesi ise 1470pf ,şarj olma süresi hesaplayan programlarla hesaplanabilir,  nede miller etkisinden kurtulmak için kullanıyorum. Ve nede işlemciyi korumak için. Sadece kural bu olduğu ve önerildiği için kullanıyorum. Ki Sonuç olarak oraya kaç ohm bir direnç kullanacağımızı hesaplayabileceğimiz bir formüle de rastlamadım. Ben 1k bir direnç. koydum.

[Burak]

kullandığım mosfetin datasheetinde bu akımın on off kullanımda 30 mikroamper çektiği yazıyor

Bunu ekran görüntüsü olarak paylaşabilir misin ? Bu arada hangi mosfetin seçildiğinide merak ettim .
Ayrıca bu ölçüm değerlerine sadece hassas şönt dirençler ve hassas ölçüm cihazları ile ulaşılabilir, yani kısacası detaylı laboratuvar testleri sonucunda ulaşılabilir . Bahsettiğim sınırlamayı hesaplamak için çok komplike bi hesap gerekmiyor , yaklaşık Ipeak değeri için 5/20mA = 250 Ohm , tabii turn-on hızıyla ilgili bi handikap yoksa , 1kOhm'a kadar çıkartabilirsin , elbette Gate-Source arasına atılacak bir boşaltma direncide bu değere bağlı olarak ve Rgate değerinden çok daha yüksek değerli olarak seçilecek şekilde ,örneğin 22K-47K ohm civarlarında kullanılması önemli , çünkü , en azından GPIO konfigürasyonu sağlanana kadar , Cgs kapasitörünün deşarjını garanti edecek , Input floating olarak açılan işlemci pininin sızıntı source akımının istemeyerek Cgs kapasitörünü şarj etmesini engellemek adına en az Rgate kadar önemli .
Burak

[elektro77]

Bunu ekran görüntüsü olarak paylaşabilir misin ? Bu arada hangi mosfetin seçildiğinide merak ettim .
Ayrıca bu ölçüm değerlerine sadece hassas şönt dirençler ve hassas ölçüm cihazları ile ulaşılabilir, yani kısacası detaylı laboratuvar testleri sonucunda ulaşılabilir . Bahsettiğim sınırlamayı hesaplamak için çok komplike bi hesap gerekmiyor , yaklaşık Ipeak değeri için 5/20mA = 250 Ohm , tabii turn-on hızıyla ilgili bi handikap yoksa , 1kOhm'a kadar çıkartabilirsin , elbette Gate-Source arasına atılacak bir boşaltma direncide bu değere bağlı olarak ve Rgate değerinden çok daha yüksek değerli olarak seçilecek şekilde ,örneğin 22K-47K ohm civarlarında kullanılması önemli , çünkü , en azından GPIO konfigürasyonu sağlanana kadar , Cgs kapasitörünün deşarjını garanti edecek , Input floating olarak açılan işlemci pininin sızıntı source akımının istemeyerek Cgs kapasitörünü şarj etmesini engellemek adına en az Rgate kadar önemli .
Burak

Kullandığım mosfet IRFR024 olup daha az gate şarj akımı çekmesine rağmen  bu başlık altında bahsettiğim mosfet ise ırfz44 olduğundan yine IRFZ44 örneğini veriyorum. Ekran alıntısı yukarıdadır.Colomb verileri ve hesaplama formülü ışığında da aşağıdaki devreyi tasarladım. Devrede verdiğim formülleri hesaplayın bakalım gate şarj akımı  kaç µA çıkacak. Siz formül bilen eğitimli birisiniz. Devrede kullanılan direnç pcb yollarında oluştuğunu varsaydığım yok sayılabilecek simgesel bir 0.1 ohm değerdir. Devredeki r1 33kohm direnç kaldırıldığında ise ne olur sonuç. Ki benim gerçek devremde yok.

[Burak]

Devrede verdiğim formülleri hesaplayın bakalım

Derken ? Uslüp sıkıntılı yalnız hoşlanmadım . Önce onu bi düzeltelim , sana yanlış hesap yapıyorsun yapmıyorsun felan diyende olmadı . Ayrıca böyle diyen varmış gibi bir tavıra , karşında çırağın varmış gibi yap bakalım et bakalımlı konuşma hakkını sana kim veriyor ? Bunları düzelt , arkasından yaptığın yanlışları kibarca öğrenmek istersen konuşuruz .

Burak

[elektro77]

Derken ? Uslüp sıkıntılı yalnız hoşlanmadım . Önce onu bi düzeltelim , sana yanlış hesap yapıyorsun yapmıyorsun felan diyende olmadı . Ayrıca böyle diyen varmış gibi bir tavıra , karşında çırağın varmış gibi yap bakalım et bakalımlı konuşma hakkını sana kim veriyor ? Bunları düzelt , arkasından yaptığın yanlışları kibarca öğrenmek istersen konuşuruz .

Burak

Yazı dili ile konuşma dili arasında elbette bir uslüp karmaşası olabiliyor. Mimiklerin vücut dilinin görünmediği bir ortamda bu tür uslüp handikaplarına düştüğümüz çok oluyor. Bir yanlış anlaşılma oldu galiba. Dikkat ederseniz: o cümlenin yanlış anlaşılması için 2.çoğul şahış kipinin kullanılmaması gerekirdi. Yani ben size orada "-hesapla bakalım" diye yazmadım."-hesaplayın bakalım" cümlesine 2.çoğul sahış kipini ekleyerek saygı çerçevesinde seslendim. Yaşım 43 daha ben çırakken kşmseye bu tavırda seslenme hakkım yok tabiki. Ama cevaben yazdığınız cümlede sizde bana katılmışsınız görünüyor. Fakat bilginize hayran olan biri olarak yinede özür dilerim.

[Burak]

Yazı dili ile konuşma dili arasında elbette bir uslüp karmaşası olabiliyor. Mimiklerin vücut dilinin görünmediği bir ortamda bu tür uslüp handikaplarına düştüğümüz çok oluyor. Bir yanlış anlaşılma oldu galiba. Dikkat ederseniz: o cümlenin yanlış anlaşılması için 2.çoğul şahış kipinin kullanılmaması gerekirdi. Yani ben size orada "-hesapla bakalım" diye yazmadım."-hesaplayın bakalım" cümlesine 2.çoğul sahış kipini ekleyerek saygı çerçevesinde seslendim. Yaşım 43 daha ben çırakken kşmseye bu tavırda seslenme hakkım yok tabiki. Ama cevaben yazdığınız cümlede sizde bana katılmışsınız görünüyor. Fakat bilginize hayran olan biri olarak yinede özür dilerim.

Herneyse dikkatli olalım , benim işim güç elektroniği uzmanı olarak zaten hesap yapmak , şunu belirtmem gerekir ki , yapılan hesap kapasitör için yapılmış basit bir ortalama güç hesabı ama elimizdeki eleman bir yarıiletken , ve bu kadarda basit bir hesap yapıp hesabı yaptığımız jonksiyon üzerinde değerlendirmeye gitmek tamamen büyük bir yanlış . Yani YANLIŞ ... Doğrusu şu ;

Gate yolu üzerine eklediğimiz dirençlerin seçimi noktasında yapılacak bu hesap aslında çok uzak detaylardan geçerek bu anlatacağım özet vari sonuçlara geliyor .Öncelikle anahtarlama yoksa ısıl kayıp yok , bu on-off frekansı 1HZ olduğu durumda yani saniyede bir kez anahtarlandığında , bizim , yol empedansı hariç R-gate direncimiz üzerinde oluşacak güç total gate charge parametresi , aktivasyon gerilimi ve anahtarlama frekansı ile doğrudan alakalı , kapasite ortalama güç yoğunluğun bu hesapta yeri bile yok , hatta bu çok basit bir kurgu olur .

P= V*Qt*Fsw şeklinde düşünelim , bu noktada , 10V * 63nC * 1 üzerinden baktığımızda , 0.63uW olarak bir hesap elde ediyoruz . Bu noktada burada elde edilen güç ortalama güç olarak görünüyor bu bizim seçeceğimiz R-gate için bir güç bilgisi veriyor sadece ama gelelim yük parametresine ... Bu parametre bu kadar tek kullanımlık bir parametre mi elbette değil , bu parametre için şunları söyleyeceğiz .

Total gate yük değerimiz, iletime girene kadar geçecek tüm süre yani t-başlangıçtan t-bitişe kadar olan sürede bize gate akımının değişimi ile ilgili bir hesaplamada kullanılması gereksinimini sunuyor . Ig*dt süresinin tb-te aralığındaki integratif değişimi , bize yük değerini veriyor ama biz Qg değeri üzerinden bir hesap yapmak istiyoruz buda Q = Ig * Delta(t) şeklinde bir basit formüle dönüşmek durumunda kalıyor .(O kadar basit değil ama şimdilik öyle olsun). Bu noktada sürekli hal ve sabit bir gate akımı altında , bize verilen gate charge parametresini Delta(t) ifadesini bulmak için kullanabiliriz . Bu bize anahtarlamadaki turn-on ve turn-off süresini verecek ama senin uygulamanada böyle bir sorunsal yok , o yüzden ortalama güç hesaplamak ile turn-on değişkenlerindeki peak ve lineer olmayan değişim değerlerini hesaplamak uygun laboratuvar hassas ölçüm ekipmanları gerektirir . Senin hesabını yaptığın bir kapasitörde harcanan ortalama güç hesabı , bunun bizim konumuzla hiç alakası yok . Kullanamayız yani , fizik gerekli ama detaylı yarıiletken eşdeğer devre parametre incelemesi daha çok gerekli ve o noktada birbirilerinden ayrılıyorlar .

Toparlayalım .

Yapılması gereken belli aslında on-off'ta sürülecek olsa mosfet sürücü devresi kullanılması gerek . Ama low-cost bir uygulamada , direkt sürmede mümkün o yüzden en azından , bu sürme akımını sen limitle , tasarımcı olarak görevin bu , çünkü beslemede ripple'lar yada çökmeler bozulmalar görmek istemeyiz .

Dirençsiz sürmeye kalktığımızda (hemde bir sürü pinden birsürü mosfeti) büyük peak akımlarına ihtiyaç duyulacak, önceki açıklamaları tekrar yapmak istemiyorum , bu senin turn-on süreni neredeyse sıfırlara çekecek ama peki besleme hattındaki sallanma ? Çok gereksiz .  Önerilerim ve açıklamalarım bu kadar , iletime geçme süresi (turn-on) için bir hıza ihtiyacın yok bırak VGth 'u küçük gate direnci akımı limite edebilen , haricen Rgs boşaltma direncine sahip bir devre kur ve kullan ama bunun yolu bu değil çünkü hala biz yük akım tipini , Drain gerilimini , drain akımındaki interference'ları bilmiyoruz . Doğrudan işlemci pini ile bir yük sürmeye kalkarsan illa ki işlemci IO pininde de istenmeyen osilasyonlar ve dengesiz gerilim parazitleri yaşıycaksın ve baş ağrısı yaratacak . O yüzden en azından o Rgate direncini bu izolasyon adına biraz fazla tutmanda fayda var .

Burak

[elektro77]

Doğrudan işlemci pini ile bir yük sürmeye kalkarsan illa ki işlemci IO pininde de istenmeyen osilasyonlar ve dengesiz gerilim parazitleri yaşıycaksın ve baş ağrısı yaratacak . O yüzden en azından o Rgate direncini bu izolasyon adına biraz fazla tutmanda fayda var .

Burak

Peki Burak bey izolasyon adına kullanacağım ama yinede merak ettiğim şu:
Irfr024 mosfetinde sabah yaptığım bir testte, 4 mhz osilatörlü bir yazılımda picin gate e bağlı çıkışını 4.7 Mega ohm 1/16W bir direçle  sadece aşağıdaki şekilde basit bir kodla sürdüm.

basla:
if sw1=1 then
 while sw1=1:wend
 FOR I=0 TO 0 
  mosfet=1
 NEXT
 pause 1000
 MOSFET=0
endif
goto basla

Yani 4.7 megaohm bir direnç ile ve yukarıdaki koddaki çevrim süresi kadar bir hızda gate i sorunsuz sürebildim. Yükü ise resistif 3 amper bir yük kullandım. Yani böyle bir deney sonunda ortaya çıkan bu sonuç çekilen akım değeri açısından teori ile pratik arasında bir ezberciliği veya bir farkı ortaya koymuş sayılır mı?
Saygılarımla

[elektro77]

Neyse konuyu biraz fazla abarttım ve suyunu çıkardım galiba. Açıklamalarınız ve zaman ayırdığınız için tüm üstatdlara ve özellikle Burak Bey e teşekkürlerimi sunarak bu konuda soru sormayı bırakıyorum.
Saygılarımla.

[Burak]

Peki Burak bey izolasyon adına kullanacağım ama yinede merak ettiğim şu:
Irfr024 mosfetinde sabah yaptığım bir testte, 4 mhz osilatörlü bir yazılımda picin gate e bağlı çıkışını 4.7 Mega ohm 1/16W bir direçle  sadece aşağıdaki şekilde basit bir kodla sürdüm.

basla:
if sw1=1 then
 while sw1=1:wend
 FOR I=0 TO 0 
  mosfet=1
 NEXT
 pause 1000
 MOSFET=0
endif
goto basla

Yani 4.7 megaohm bir direnç ile ve yukarıdaki koddaki çevrim süresi kadar bir hızda gate i sorunsuz sürebildim. Yükü ise resistif 3 amper bir yük kullandım. Yani böyle bir deney sonunda ortaya çıkan bu sonuç çekilen akım değeri açısından teori ile pratik arasında bir ezberciliği veya bir farkı ortaya koymuş sayılır mı?
Saygılarımla

Milisaniyeler sürecek bir turn-on ve turn-off süresi oluşur bu direnç değeri altında , tahminen 100 ms altında yani 1Hz'lik çalışmada bir sorun oluşmayacak yinede . Teorinin dışına çıkan yine birşey yok

Burak

[Ali1986]

Merhaba arkadaşlar.Mosfetlerin cikisinda kisadevre oluştuğunda mosfet 10us zaman diliminde bozuluyor.bunun herhangi bir onlemi varmıdır? Ornegin irf540N mosfet gate ayagina 220ohm direnc ve 4V. ile suruyorum.Gate gnd arasi 10k puldown direncide var.24 cikisli mosfet karti.Ve 12volt 1 amper sürüyorum her çıkışta.Ne gibi onlem almamiz gerekir?Gate drain arasi 8v zener bağladım olmadi.

[elektro77]

Merhaba arkadaşlar.Mosfetlerin cikisinda kisadevre oluştuğunda mosfet 10us zaman diliminde bozuluyor.bunun herhangi bir onlemi varmıdır? Ornegin irf540N mosfet gate ayagina 220ohm direnc ve 4V. ile suruyorum.Gate gnd arasi 10k puldown direncide var.24 cikisli mosfet karti.Ve 12volt 1 amper sürüyorum her çıkışta.Ne gibi onlem almamiz gerekir?Gate drain arasi 8v zener bağladım olmadi.

Tüm mosfetlerin source ayağını gnd den ayır ve 0.01R gelecek kadar kalın kesitli bir tel direnç ile gnd ye bağla sonra bir opampla akım kontrolü yap ve akım çekilmesi durumunda, röleli bir devre ile beslemeyi kapat.

[Ali1986]

Merhaba.tas direnc demek istediniz degil mi? Sanirsam tas direnc role calisana kadar kisa bir muddet kisa devre yükünü uzerine alip mosfeti kurtaracak.Ve o esnadada opamp roleyi tetikleyecek.Ben boyle tahminde bulundum.Peki simdi basil.bir opamp devresi kurmam gerekiyor bilmiyorum.Ornek varmidir? her cikis kademeli olarak max 900mA &1000mA amper güç çekiyor.Bazen 16 cikis bazende 18 veya 20....24 cikis aktif oluyor.Buna uygun nasil bir tasarım önerirsiniz?
NOT:Roleli sistemi opamp olmadan denedim.role birakana kadar mosfet yandı 😊