Определить скорость переключения MOSFET

Как определить скорость переключения полевого МОП-транзистора с учетом Qg (заряд затвора), Vgs (напряжение соединения GS) и резистора затвора? Как определить требуемое значение резистора затвора?

С точки зрения схемы управления затвор выглядит как конденсатор для источника. На самом деле он также имеет некоторую емкость для стока, но это было учтено в общей величине заряда затвора. Вы знаете, что напряжение, которое должен быть изменен затвором, и заряд, который необходимо передать для достижения этой цели Оттуда просто вычислить эквивалентную емкость: Фарадс = Кулоубм / Вольт. Как только у вас есть емкость, постоянная времени R * C дает вам некоторое представление о том, как быстро будет вращаться затвор при шаговом входе с другой стороны резистора затвора. Например, для достижения 90% конечного напряжения затвора требуется 2,3 постоянных времени.

Когда FET на самом деле «переключается», это более сложно. FET не будет внезапно переходить из полного в полное состояние при определенном напряжении затвора, но есть напряжение затвора, при котором небольшое инкрементальное изменение будет иметь наибольшую разницу в выходной характеристике FET. Вы должны решить, насколько полное «включение» и насколько полно означает «переключение», а затем решить, какой диапазон напряжения затвора он представляет. Затем вы можете использовать эквивалентную модель RC, чтобы решить, как быстро шаг ввода приведет к его повороту в этой области. Например, если вы решите, что большая часть переключения происходит между 20% и 80% напряжения на затворе, то это будет 1,4 постоянной времени.

Основная часть действия переключения происходит, когда происходит повышение напряжения на затворе при пороговом напряжении Vgsth, в этот момент напряжение стока быстро падает, и так называемый эффект Миллера удерживает пороговое значение там до тех пор, пока сток не достигнет своего минимума:

(из https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf )

Просто для практического примера, скажем, у вас есть IRL540N, который вы едете с источником 5 В с сопротивлением серии 100 Ом.

Пороговое значение затвора составляет от 1 до 2 В. Это означает, что ток зарядки затвора будет 30-40 мА. Общий заряд затвора определяется при <74 нК, так что вы говорите о максимальном времени переключения t = Qmax / Imin = 74 нК / 30 мА = 2,47 мкс.

Почему нельзя использовать резистор затвора с нулевым сопротивлением?

Некоторые причины:

• Индуктивность паразитного источника в МОП-транзисторе может вызывать высокочастотные колебания или, по крайней мере, сильное ослабление тока

• Как правило, вы хотите настроить время включения соответствующим образом по причинам EMI.

• А в приводе с полумостовым затвором вы обычно используете диод параллельно с резистором включения, чтобы отключение было быстрым, а включение - медленным. В противном случае вы можете пройти сквозь него по причинам, выходящим за рамки этого поста. (Если у меня будет время, я напишу об этом в блоге и опубликую ссылку на него.)