如何确定晶体管的最大PWM频率（2SK2554）

如何确定（估算）2SK2554晶体管的最大合理PWM频率？

我在数据表中找到了时间：

我可以据此估算频率（并确保所有这些时间都比我的PWM周期长度短20-50倍或类似的时间。但是我的Vgs在4-5V之间，我的最大电流为10A。

我问是因为我现在的PWM速度很慢（〜1kHz），但是想知道我的PWM可以有多快，而不会在切换时损失太多功率。

我的负载是大铅酸电池（正在充电）或电阻性（正在放电）。

到目前为止-我已经用较小的类似晶体管（2SK2553）进行了仿真，因为Multisim中没有2SK2554。

这是Vgs = 4V时的曲线图。

PWM周期时间可以花多少时间（例如百分比）？

决定开关速度的主要因素不仅是MOSFET本身，还包括连接其的电路。

从门的角度（即PWM信号的PoV）来看，MOSFET可以看作是一个简单的电容器。当该电容器两端的电压高于阈值电压时，MOSFET被视为导通$V_{th}$ 并在下面时关闭（它比这更复杂，但是现在是简化模型）。

因此，基本上可以归结为您可以对该电容器充电和放电的速度。

电容器充电或放电所需的时间越长，设备切换所花费的时间就越长，并且在该切换期间耗散的功率就越多。

国际整流器公司（International Rectifier）有一个很好的PDF文档，向您介绍MOSFET的基础知识。标题为“ Gate Charge”的部分是解决此问题的好书。

可以简化为用于计算电容器充电时间的标准RC公式 $\tau=R \times C$-栅极电容乘以对栅极充电或放电的电路部分的电阻。例如，如果您通过100Ω切换门并且门的电容为7700pF，则上升时间为$100 × 7.7e-9 = 770ns$费用为63.2％。调整时间以适合确切的阈值电压和驱动电压。

假设您有8位PWM，则可能有256个值，因此切换所需的绝对最小值为770ns * 256个时间片，即197.120µs，或绝对最大值为5073Hz。我将其限制为一半，以确保在打开和关闭之间至少有一个时间片驱动电平。

当然，这只是一个粗略的值。如果您通读该PDF并将其与数据表中的值进行比较，则可以提供更准确的值。

当台阶碰到mosfet门时，在mos完全打开之前会有一些延迟。如果您不想最终花费大部分时间将MOS导通（关闭）而不是（不导通）处于理想状态（即“完全导通”和“完全截止”），则必须考虑到这一点。

当步骤到达时，将发生两件事：栅极-源极电容必须充电并且反相区域必须在栅极下方形成。存在某种“死”延迟，即在开启和关闭时均不发生任何情况，因为当栅极上的电荷低于或高于某个阈值时，将无法流动任何电流（或所有可能的电流）：该延迟为延迟时间。

上升和下降时间考虑了电流需要达到最大值或为零的时间，就好像您沿着线性（三极管）区域的mos特性行走一样。

虽然延迟时间可能几乎是恒定的，但上升和下降时间主要取决于栅极电压：

• 开启时，目标栅极电压越高，上升时间越短
• 开启时，起始栅极电压越低，下降时间越短

有时您用高电压驱动栅极以使其快速导通，然后又回到最小值 $V_{GS}$ 保证饱和，因此关闭速度也更快。

关于您的时间安排，我将开始总结每个过渡的延迟和上升（下降）时间：

假设您要花费最多1％的时间打开或关闭mos： $t_{ON}+t_{OFF}=2580ns$，将其乘以100，您便得到了258000ns（即258us）的周期，大约是4kHz。在评论中，我只是忽略了打开时间。

无论如何，1％是一个相当保守的限制，这意味着如果您通过示波器看到该波形，则该波形实际上看起来是方波。您可能会更高甚至更安全，也就是说，您的消遣并不多。