Una técnica de modelado de resistencia en estado ON para interruptores de potencia MOSFET
Autores: Guran, Ionu-Constantin; Florescu, Adriana; Perioar, Lucian Andrei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
En la actualidad, el tiempo de comercialización de los circuitos electrónicos es esencial, con los ingenieros tratando de reducirlo lo máximo posible. Debido a esto, la simulación se ha convertido en el principal concepto de prueba utilizado en el ámbito de la electrónica. Para realizar la simulación de un circuito, se debe crear un modelo conductual. Los transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) son dispositivos semiconductores que se encuentran en una multitud de circuitos electrónicos, y también se utilizan como interruptores de potencia en muchas aplicaciones, como reguladores de voltaje lineales de bajo desprendimiento, reguladores conmutados, controladores de puerta, sistemas de gestión de baterías, etc. El comportamiento de un MOSFET es extremadamente complejo de modelar, por lo tanto, crear modelos de alto rendimiento para estos transistores es una condición imperativa para emular el comportamiento real exacto de un circuito que los utiliza. Un parámetro esencial de los interruptores de potencia MOSFET es la resistencia en estado de encendido (RDS), ya que determina las pérdidas de potencia durante el estado de encendido. Idealmente, las pérdidas de potencia deben ser cero. RDS depende de múltiples factores, como la temperatura, la corriente de carga y el voltaje de compuerta a fuente. Estudios anteriores en este ámbito se centran en la modelización del MOSFET solo en puntos de operación específicos, pero no cubren toda la variación de los parámetros, lo cual es crítico para algunas aplicaciones. Por esta razón, en este artículo se introdujo por primera vez una novedosa técnica de modelado de la resistencia en estado de encendido para interruptores de potencia MOSFET, que resuelve la dependencia total de RDS en las variables del transistor mencionadas anteriormente. La novedosa técnica de modelado de RDS se basa en modular el voltaje de compuerta a fuente del transistor de manera que se obtenga el valor exacto de RDS en cada punto de operación posible. El método fue probado como un ejemplo de la vida real creando un modelo conductual para un transistor MOSFET de canal N y el entorno de simulación elegido fue Oregon, EE. UU., Diseño Asistido por Computadora (OrCAD) capture. Los resultados muestran que el modelo es capaz de coincidir con las características de RDS del transistor con un error máximo del 0,8%. Esto es extremadamente importante para aplicaciones en las que las temperaturas, voltajes y corrientes varían en un amplio rango. El nuevo método de modelado propuesto cubre un vacío en el ámbito del modelado conductual, debido a que, hasta ahora, no era posible modelar las características de RDS en todos los rincones de operación.
Descripción
En la actualidad, el tiempo de comercialización de los circuitos electrónicos es esencial, con los ingenieros tratando de reducirlo lo máximo posible. Debido a esto, la simulación se ha convertido en el principal concepto de prueba utilizado en el ámbito de la electrónica. Para realizar la simulación de un circuito, se debe crear un modelo conductual. Los transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) son dispositivos semiconductores que se encuentran en una multitud de circuitos electrónicos, y también se utilizan como interruptores de potencia en muchas aplicaciones, como reguladores de voltaje lineales de bajo desprendimiento, reguladores conmutados, controladores de puerta, sistemas de gestión de baterías, etc. El comportamiento de un MOSFET es extremadamente complejo de modelar, por lo tanto, crear modelos de alto rendimiento para estos transistores es una condición imperativa para emular el comportamiento real exacto de un circuito que los utiliza. Un parámetro esencial de los interruptores de potencia MOSFET es la resistencia en estado de encendido (RDS), ya que determina las pérdidas de potencia durante el estado de encendido. Idealmente, las pérdidas de potencia deben ser cero. RDS depende de múltiples factores, como la temperatura, la corriente de carga y el voltaje de compuerta a fuente. Estudios anteriores en este ámbito se centran en la modelización del MOSFET solo en puntos de operación específicos, pero no cubren toda la variación de los parámetros, lo cual es crítico para algunas aplicaciones. Por esta razón, en este artículo se introdujo por primera vez una novedosa técnica de modelado de la resistencia en estado de encendido para interruptores de potencia MOSFET, que resuelve la dependencia total de RDS en las variables del transistor mencionadas anteriormente. La novedosa técnica de modelado de RDS se basa en modular el voltaje de compuerta a fuente del transistor de manera que se obtenga el valor exacto de RDS en cada punto de operación posible. El método fue probado como un ejemplo de la vida real creando un modelo conductual para un transistor MOSFET de canal N y el entorno de simulación elegido fue Oregon, EE. UU., Diseño Asistido por Computadora (OrCAD) capture. Los resultados muestran que el modelo es capaz de coincidir con las características de RDS del transistor con un error máximo del 0,8%. Esto es extremadamente importante para aplicaciones en las que las temperaturas, voltajes y corrientes varían en un amplio rango. El nuevo método de modelado propuesto cubre un vacío en el ámbito del modelado conductual, debido a que, hasta ahora, no era posible modelar las características de RDS en todos los rincones de operación.