kytkentänopeus

Kytkentänopeus tarkoittaa elektroniikkakomponentin kykyä siirtyä nopeasti tilasta pois päältä (OFF) tilaan päälle (ON) ja takaisin. Se on keskeinen ominaisuus sekä pienelektroniikassa, kuten logiikkanodeissa ja transistoreissa, että voimakytkimissä, kuten MOSFETeissä, IGBT:issä ja diodien nopeissa versioissa. Kytkentänopeus vaikuttaa siihen, miten korkea taajuus kokonaisuudessaan voidaan käyttää sekä miten suuria kytkentähäviöt ovat.

Kytkentänopeutta kuvaa useampi mitta- tai kuvaaja. Propagointiviive (td) on aika, joka kuluu syötteen muutoksesta vaikuttavan signaalin vastaanottamiseen toisessa osassa piiriä. Nousu- ja laskuaika (tr, tf) kuvaavat, kuinka nopeasti jännite tai virta siirtyy tietyn prosentuaalisen osan suurimpasta arvoltaan transition aikana. Näiden arvojen tarkastelu on olennaista, kun suunnitellaan korkeita–taajuuksia ja nopeita vasteita vaativia sovelluksia.

Kytkentänopeuteen vaikuttavat useat tekijät. Laitteen materiaali ja rakenne (esimerkiksi Si vs. SiC tai GaN, sekä MOSFET- tai IGBT-tyyppi) määräävät, miten nopeasti varauksia voidaan siirtää. Gate- tai ohjausjännitteiden ajatus sekä kuorman ominaisuudet, lämpötila ja piirin parasiittiset komponentit (johtimien induktanssit ja Kapasitanssit) säätelevät nopeutta. Mitä nopeampi kytkin, sitä suuremmat voivat olla voidaan aiheuttaa kytkentähäviöt, dv/dt- ja di/dt -jännitemuutokset sekä EMI-häiriöt.

Käytännössä kytkentänopeus optimoidaan sovelluksen mukaan. Nopeat kytkimet sopivat korkeataajuisisiin sovelluksiin ja pienempiin kytkentähäviöihin, mutta ne vaativat huolellista ajastusta ja primaalia suojauksia. Mitoitus ja testaus tehdään usein käyttämällä signaalitason oskilloskooppia mittaamaan td-, tr- ja tf-arvot sekä arvioimaan kokonaistehokkuutta.