Управление 3 мосфетами с MSP430FR4133 от 0% до 100% рабочего цикла

У меня проблема с драйвером Mosfet, который я собрал. Это MSP430FR4133, который принимает 3 прямоугольных сигнала и выводит их на более высокой частоте. Новый сигнал проходит через 3 отдельных драйвера Mosfet для управления светодиодами. Проблема, с которой я сталкиваюсь, заключается в том, что когда я затемняю светодиоды, полевые МОП-транзисторы выдают неверный сигнал в диапазоне рабочего цикла 2–19%. 1% работает нормально, а 20 - 100% работают нормально. Я уверен, что мне просто не хватает некоторых вспомогательных компонентов, но я действительно не уверен, что мне не хватает.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Извините, если схема грубая, я впервые использую это программное обеспечение. Вот сигнал после MCU

введите описание изображения здесь

Вот моя проблема, после MOSFET

введите описание изображения здесь

Редактировать - я добавил подтягивающий резистор к стоку, и это сделало сигнал более стабильным. Теперь он инвертирует выход MOSFET в диапазоне от 2% до 19% рабочего цикла. Я обновил изображение проблемы с новой формой волны. Он буквально вывернут из того, чем он должен быть.

Изменить 2. Обнаружен симптом проблемы. Напряжение стока является линейным при правильной работе. Это почти полные 12 вольт, когда у нас рабочий цикл 1%, а при рабочем цикле 20% мы имеем 10 вольт. Поднимаясь оттуда, напряжение падает должным образом. В проблемной области рабочего цикла от 2% до 19% напряжение начинается с 3,3 В при 19%, затем около 16% поднимается до 5,6 В, а затем падает до 1 В при 2%. Первоначально я использовал Launch-Pad для обработки этого приложения, но теперь я установил процессор на печатную плату, и у меня возникла та же проблема. Земля, подключенная к MOSFET, — это та же земля, которая проходит через всю печатную плату. Я не уверен, что проблема с заземлением может вызвать эту проблему, учитывая, что проблема настолько повторяема. Еще одно наблюдение заключается в том, что проблема устраняется, когда я снижаю частоту до 600 Гц, что является частотой входного сигнала, поступающего на мой MCU. Чем выше частота, тем больше проблема.

Редактировать 3. Проведя еще несколько исследований, я считаю, что эта проблема называется емкостным ложным включением. У кого-нибудь есть совет, как это исправить? Следы на моей плате очень тонкие, потому что это прототип платы. Могу ли я что-то добавить, чтобы решить эту проблему, не приобретая новую плату-прототип? Я попытался снизить сопротивление Rg до 10 Ом, и это привело к тому, что проблема возникла при рабочем цикле 10% вместо 20%, а 1% теперь испорчен. Это уменьшило проблемную область, но не решило ее. Когда я повышаю сопротивление, проблема усугубляется.

Выглядит так, будто весь прицел колеблется повсюду... ;о)
спецификация драйвера mouser.com/ds/2/205/IXD_604-13868.pdf
Я не вижу развязывающих колпачков на вашей схеме.
Зачем резистор на затворе мосфета?
Светодиод должен иметь резистор. Вы использовали большой полевой МОП-транзистор с большой емкостью, который увеличивает емкость светодиода. Если вы экспериментально подтянете сток, скажем, на 1 кОм, вы должны увидеть некоторое улучшение формы сигнала, которое подтвердит проблему с емкостью.
Извините, светодиод на самом деле является светодиодной лентой. Таким образом, он имеет необходимое сопротивление на полосе. Есть три МОП-транзистора, каждый из которых подключен к R, G или B.
Должны ли МОП-транзисторы иметь собственные развязывающие колпачки?
Для защиты водителя. Когда я запускаю его без резистора, драйвер дымится :)
Я попытался добавить подтягивание, и это действительно сгладило форму волны. Теперь проблема заключается в том, что в этом нижнем диапазоне кажется, что логика переворачивается, поэтому яркость будет корректной примерно до 10%, затем яркость подскочит в этом низком диапазоне до 1%, в котором она фактически достигает 1%.
@DerekSpeegle попробуйте другой полевой транзистор .. этот утверждает, что работает нормально только до 50 кГц, согласно техническому описанию. также, пожалуйста, предоставьте напряжение затвора и напряжение стока на одном и том же снимке прицела
Кроме того, самое главное, покажите физическую схему вашего MCU/драйвера/MOSFET. Бьюсь об заклад, ваша наземная структура сомнительна.
Какую форму волны вы получаете между воротами MOSFET и источником?
Напряжение стока составляет 5,6 В или 3,3 В, а напряжение затвора составляет около 250 мВ. Я думаю, что RoughBeast может быть прав. Итак, напряжение стока составляет полные 12 вольт на 1%. Тогда, если вы перейдете к 20%, это около 10 вольт. По мере подъема напряжение падает. Однако, как только оно падает до 19%, оно достигает 3,3 вольта. Когда я опускаю его дальше, оно достигает 5,6 Вольт и падает до 1,2 Вольт, когда я достигаю 2%. Моя теория заключается в том, что у меня какая-то проблема с моим регулятором 3,3 вольта для MCU и 5 вольт от USB-соединения на моей панели запуска.
Чтобы ответить на вопрос Брюса, форма волны выглядит точно так же, как первая картинка в моем вопросе. Какая форма волны правильная. RoughBeast, у меня просто земли соединены дорожками на атм печатной платы. Это макетная плата, поэтому с полной заземляющей пластиной очень сложно работать. Обычно у меня был бы заземляющий слой по всей плате. Должен ли я разделять землю на этих МОП-транзисторах? Я не думал, что работаю с достаточно высокой частотой, чтобы беспокоиться об этом, но, возможно, мне следует беспокоиться.
Как настроен выходной контакт вашего MCU? Тяни-Толкай? Открытый сток/коллектор? Есть ли у него внутренние подтягивания или опускания? Если да, то какое сопротивление?

Ответы (1)

После долгих испытаний я наконец нашел решение. В этой статье говорится, что:

Для сильноточных полевых МОП-транзисторов емкость канала затвора может быть очень высокой, а быстро меняющееся напряжение стока может создавать переходный ток затвора в миллиамперах. Этого может быть достаточно, чтобы перегрузить и даже повредить хрупкие чипы драйвера CMOS. Наличие последовательного резистора является компромиссом между скоростью и защитой, при этом типичными значениями являются значения от 100R до 10K. Даже без индуктивных нагрузок существует динамический ток затвора. Кроме того, полевые МОП-транзисторы чрезвычайно восприимчивы к повреждениям, вызванным электростатическим разрядом, и могут быть необратимо повреждены в результате единичного пробоя затвора. По этой причине рекомендуется использовать последовательные резисторы затвора от 1 до 10 кОм. Это особенно важно, если сигнал Gate поступает с другой печатной платы.

Прочитав это, я заменил резистор Series Gate на 1k, и проблема полностью исчезла. Может показаться, что при более высокой частоте с емкостной нагрузкой вам нужен более высокий резистор последовательного затвора.

Вы переключаетесь на 10 кГц? потому что это не высокая частота
Да, я на 10 кГц. Если частота не была проблемой, то это должна была быть емкостная нагрузка.