MOSFET: Quand ne peut-on pas supposer que le courant de grille est 0?
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Une règle d'or courante que vous entendez lorsque vous apprenez le génie électrique est que le courant de grille d'un MOSFET est toujours d' environ 0. Quand n'est-il pas sûr de supposer qu'il est égal à 0?
Une grille FET peut avoir une résistance de pull-up / down, par conception dessinant plus que le courant de fuite de grille.
tyblu
Réponses:
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Dans des conditions transitoires, le courant de grille sera non nul car vous devez charger (ou décharger) la capacité de grille et cela nécessite du courant. Plus le courant de grille est élevé, plus la tension de grille change rapidement et plus l'appareil commute rapidement. Une fois la transition du commutateur terminée, le courant de grille approche de zéro (et correspond principalement au courant de fuite).
Pour les basses fréquences de commutation (PWM), le courant de porte efficace sera faible. Des fréquences de commutation plus élevées augmenteront le courant efficace.
Tous les aspects de cette réponse confèrent un très fort sentiment de déjà-vu :-)
Russell McMahon
"Des fréquences de commutation plus élevées augmenteront la moyenne de la valeur absolue du courant ". Le courant moyen est indépendant de la fréquence.
Telaclavo
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Tous les aspects de cette réponse donnent un très fort sentiment de déjà-vu :-) :-)
Russell McMahon
@Telaclavo - Le courant moyen sera indépendant de la fréquence sur toute période de temps suffisante, car il est (idéalement) nul. Toute valeur non nulle signifie que les charges sont accumulées en continu et qu'une porte ne peut pas stocker une quantité infinie de charges. Cependant, la valeur absolue ne l'est pas. Des fréquences plus élevées impliquent que les mêmes charges sont déplacées vers et depuis la grille à un rythme plus élevé, c'est-à-dire un courant absolu plus élevé.
Marcks Thomas
@Telaclavo - bonne prise; J'ai changé la moyenne en rms ...
madrivereric
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L'exception la plus importante n'est généralement pas une fuite statique, mais lors de la charge ou de la décharge de la capacité de la grille pour l'activer ou la désactiver.
Des courants de grille d'environ 0,1 à 1 ampère sont généralement nécessaires pour charger et décharger la capacité de grille en des temps utiles et rapides.
Trop rapide entraîne des pertes supplémentaires.
Trop lent conduit à FET dans un état résistif actif entre off et hard on et dissipe des quantités d'énergie très importantes par rapport à ce qui peut être réalisé avec une conception appropriée.
C'est pourquoi des pilotes de porte sont nécessaires et pourquoi vous ne pouvez pas simplement piloter une porte MOSFET à des fréquences élevées à partir d'une broche de microcontrôleur généralement capable de fournir de 1 à 30 mA, même lorsque les exigences de tension sont bien satisfaites.
_______________________________-
Connexes - Courants de commande de porte MOSFET:
Il n'est souvent pas apprécié qu'un MOSFET commuté à 10 kHz plus puisse nécessiter des courants d'attaque de grille sur la plage de 0,1 A à 1 A pour atteindre des temps de commutation adéquats - en fonction quelque peu de l'application. À plusieurs dizaines de kHz, la commande de grille à l'extrémité supérieure de la plage serait courante.
Les fiches techniques MOSFET spécifient la charge et la capacité de la porte. Les capacités sont généralement de l'ordre de "quelques nanoFarad" et la charge de grille est généralement de quelques dizaines de nanocoulombs et la capacité d'entrée est généralement de nanoFard ou peu.
En utilisant le sélecteur paramétrique Digikeys, je viens de sous-définir les MOSFETS de canal N de 60-100 V Vds et 10-20 Amp Ids.
La charge de la porte était aussi faible que 3,4 nC et la capacité d'entrée = 256 pF et
aussi élevée que 225 nC avec 5700 pF de capacité d'entrée
avec le quartile médian inférieur = 18 nC et 870 pF et le
quartile médian supérieur = 46 nC et 1200 pF
Cette charge doit être "pompée" dans et hors de la capacité de grille.
Si vous utilisez PWM à 10 kHz, alors 1 cycle = 100 uS, vous espérez donc que les temps de commutation ne représentent qu'une petite fraction de cela. Si vous voulez charger ou décharger quelques nF vers / de zéro à généralement 3V à 12V, alors avoir au moins 100 mA de commande est une nécessité.
1 Coulomb = 1 ampère par seconde, donc 10 nC nécessitent une moyenne de 1 A pour 0,01 uS ou de 0,1 A pour 0,1 uS. L'horrible MOSFET aberrant ci-dessus avec une charge de 225 nC prendrait 0,225 uS à charger à 1A et 2,25 uS à 0,1A. La raison pour laquelle ce FET est tellement pire que la plupart est que je suis "spécial - c'est un appareil en mode d'appauvrissement 100V 16A qui est généralement allumé sans tension de grille et nécessite une tension de grille négative pour l'éteindre. Cependant, on peut toujours être" attrapé "par exemple par cette partie 60V, 20A avec charge de grille 100+ nC.
Cette partie 60V 14A plus normale a une charge de grille maximale de 18 nC. Conduisez-le à partir d'une broche de port de microcontrôleur à 10 mA et cela prendra! 1,8 uS pour charger le condensateur de grille - probablement acceptable à 10 kHz et très mauvais à 100 kHz. Avec des temps de commutation de montée et de descente de 110 et 41 nS lorsqu'ils sont `` correctement entraînés '', vous voudriez plutôt mieux que des temps de charge de porte d'environ 2 uS pour le commuter n'importe où près de ses limites supérieures.
Exemple:
Pilote de porte côté haut 200 nS:
La source de ce circuit n'est pas certaine - via le membre PICList je pense. Peut vérifier si quelqu'un s'en soucie. Notez que ce circuit est considérablement plus "intelligent" qu'on ne le pense. (Olin aime la disposition d'entrée utilisée ici). L'oscillation ~ = 3 V à travers R14 provoque une oscillation d'environ 15 V à propos de R15, donc les bases Q14 / Q15 oscillent de + 30 V à environ + 15 V, fournissant ~ 15 V si la porte latérale haute est dirigée vers le MOSFET du canal P.
Quel type de MOSFET décrivez-vous? (Re: "... généralement requis ...".)
tyblu
@tyblu - Presque toutes sortes de MOSFET de puissance commutant plus que des courants triviaux. Dites quelques centaines de mA. Regardez les fiches techniques pour la charge et la capacité de la porte. Cette charge doit être "pompée" dans et hors de la capacité de grille. Si vous utilisez PWM à 10 kHz, alors 1 cycle = 100 uS, vous espérez donc que les temps de commutation ne représentent qu'une petite fraction de cela. Si vous souhaitez charger ou décharger quelques NF vers / de zéro à généralement 3V à 12V, alors avoir au moins 100 mA de commande est une nécessité.
Russell McMahon
Ah, FETs de puissance. Suis habitué à <500mA Ids, où l'entrée est <1nF. Notez que les capacités de grille déclarées dans la fiche technique sont toujours à une certaine fréquence (par exemple, 1 MHz).
tyblu
10
Consultez la fiche technique. Pour ce MOSFET, ils spécifient un courant de fuite grille-source de 100 nA maximum. Si vous conduisez le FET à partir d'un ampli-op, par exemple, vous pouvez probablement ignorer cela. Si vous utilisez une tension statique avec une charge très faible, le 100 nA peut être trop. Tout dépend de votre application, mais dans la plupart des cas, ce courant statique sera négligeable. L'activation et la désactivation entraîneront une charge de courant beaucoup plus importante pour charger et décharger la capacité de la grille.
Situation hypothétique: supposons que vous vouliez mettre en place une instrumentation / détection de tensions générées par de très petites charges. (Charges qui pourraient être drainées même par un petit courant à travers une très haute impédance.)
Voici quelques formes d'onde qui indiquent certaines des natures transitoires d'un grand MOSFET. Le courant de grille devient élevé pendant la commutation et peut avoir provoqué une baisse de la tension de commande de grille ici. (ligne noire)
.
Le graphique est sympa, mais a besoin de plus d'annotation ...
tyblu
0
Je pense que cette généralisation vient de la comparaison d'un MOSFET à un BJT en termes d'application d'amplification idéalisée.
"Un BJT est un dispositif à courant contrôlé (courant de base contrôlant le courant du collecteur, tension de base fixée à une chute directe PN) tandis qu'un MOSFET est un dispositif de transconductance (le courant de base est négligeable, la tension de base contrôle le courant du collecteur)", comme le dit l'enseignant .
Lorsque vous parlez d'amplificateurs "en régime permanent" (pas de commutation dure ou de grandes variations de polarisation), l'hypothèse d'un "courant de base nul" est suffisamment vraie pour vous permettre de faire un travail significatif.
Lorsque vous introduisez une commutation dure à haute fréquence, comme d'autres l'ont souligné, les capacités inhérentes du MOSFET dominent le comportement (c'est-à-dire que le courant de base consommé est une fonction de la charge et de la décharge de la capacité de grille), de sorte que l'hypothèse du `` courant nul '' est invalidée.
Réponses:
Dans des conditions transitoires, le courant de grille sera non nul car vous devez charger (ou décharger) la capacité de grille et cela nécessite du courant. Plus le courant de grille est élevé, plus la tension de grille change rapidement et plus l'appareil commute rapidement. Une fois la transition du commutateur terminée, le courant de grille approche de zéro (et correspond principalement au courant de fuite).
Pour les basses fréquences de commutation (PWM), le courant de porte efficace sera faible. Des fréquences de commutation plus élevées augmenteront le courant efficace.
la source
L'exception la plus importante n'est généralement pas une fuite statique, mais lors de la charge ou de la décharge de la capacité de la grille pour l'activer ou la désactiver.
Des courants de grille d'environ 0,1 à 1 ampère sont généralement nécessaires pour charger et décharger la capacité de grille en des temps utiles et rapides.
Trop rapide entraîne des pertes supplémentaires.
Trop lent conduit à FET dans un état résistif actif entre off et hard on et dissipe des quantités d'énergie très importantes par rapport à ce qui peut être réalisé avec une conception appropriée.
C'est pourquoi des pilotes de porte sont nécessaires et pourquoi vous ne pouvez pas simplement piloter une porte MOSFET à des fréquences élevées à partir d'une broche de microcontrôleur généralement capable de fournir de 1 à 30 mA, même lorsque les exigences de tension sont bien satisfaites.
_______________________________-
Connexes - Courants de commande de porte MOSFET:
Il n'est souvent pas apprécié qu'un MOSFET commuté à 10 kHz plus puisse nécessiter des courants d'attaque de grille sur la plage de 0,1 A à 1 A pour atteindre des temps de commutation adéquats - en fonction quelque peu de l'application. À plusieurs dizaines de kHz, la commande de grille à l'extrémité supérieure de la plage serait courante.
Les fiches techniques MOSFET spécifient la charge et la capacité de la porte. Les capacités sont généralement de l'ordre de "quelques nanoFarad" et la charge de grille est généralement de quelques dizaines de nanocoulombs et la capacité d'entrée est généralement de nanoFard ou peu.
En utilisant le sélecteur paramétrique Digikeys, je viens de sous-définir les MOSFETS de canal N de 60-100 V Vds et 10-20 Amp Ids.
La charge de la porte était aussi faible que 3,4 nC et la capacité d'entrée = 256 pF et
aussi élevée que 225 nC avec 5700 pF de capacité d'entrée
avec le quartile médian inférieur = 18 nC et 870 pF et le
quartile médian supérieur = 46 nC et 1200 pF
Cette charge doit être "pompée" dans et hors de la capacité de grille.
Si vous utilisez PWM à 10 kHz, alors 1 cycle = 100 uS, vous espérez donc que les temps de commutation ne représentent qu'une petite fraction de cela. Si vous voulez charger ou décharger quelques nF vers / de zéro à généralement 3V à 12V, alors avoir au moins 100 mA de commande est une nécessité.
1 Coulomb = 1 ampère par seconde, donc 10 nC nécessitent une moyenne de 1 A pour 0,01 uS ou de 0,1 A pour 0,1 uS. L'horrible MOSFET aberrant ci-dessus avec une charge de 225 nC prendrait 0,225 uS à charger à 1A et 2,25 uS à 0,1A. La raison pour laquelle ce FET est tellement pire que la plupart est que je suis "spécial - c'est un appareil en mode d'appauvrissement 100V 16A qui est généralement allumé sans tension de grille et nécessite une tension de grille négative pour l'éteindre. Cependant, on peut toujours être" attrapé "par exemple par cette partie 60V, 20A avec charge de grille 100+ nC.
Cette partie 60V 14A plus normale a une charge de grille maximale de 18 nC. Conduisez-le à partir d'une broche de port de microcontrôleur à 10 mA et cela prendra! 1,8 uS pour charger le condensateur de grille - probablement acceptable à 10 kHz et très mauvais à 100 kHz. Avec des temps de commutation de montée et de descente de 110 et 41 nS lorsqu'ils sont `` correctement entraînés '', vous voudriez plutôt mieux que des temps de charge de porte d'environ 2 uS pour le commuter n'importe où près de ses limites supérieures.
Exemple:
Pilote de porte côté haut 200 nS:
La source de ce circuit n'est pas certaine - via le membre PICList je pense. Peut vérifier si quelqu'un s'en soucie. Notez que ce circuit est considérablement plus "intelligent" qu'on ne le pense. (Olin aime la disposition d'entrée utilisée ici). L'oscillation ~ = 3 V à travers R14 provoque une oscillation d'environ 15 V à propos de R15, donc les bases Q14 / Q15 oscillent de + 30 V à environ + 15 V, fournissant ~ 15 V si la porte latérale haute est dirigée vers le MOSFET du canal P.
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Consultez la fiche technique. Pour ce MOSFET, ils spécifient un courant de fuite grille-source de 100 nA maximum. Si vous conduisez le FET à partir d'un ampli-op, par exemple, vous pouvez probablement ignorer cela. Si vous utilisez une tension statique avec une charge très faible, le 100 nA peut être trop. Tout dépend de votre application, mais dans la plupart des cas, ce courant statique sera négligeable. L'activation et la désactivation entraîneront une charge de courant beaucoup plus importante pour charger et décharger la capacité de la grille.
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Situation hypothétique: supposons que vous vouliez mettre en place une instrumentation / détection de tensions générées par de très petites charges. (Charges qui pourraient être drainées même par un petit courant à travers une très haute impédance.)
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Voici quelques formes d'onde qui indiquent certaines des natures transitoires d'un grand MOSFET. Le courant de grille devient élevé pendant la commutation et peut avoir provoqué une baisse de la tension de commande de grille ici. (ligne noire)
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Je pense que cette généralisation vient de la comparaison d'un MOSFET à un BJT en termes d'application d'amplification idéalisée.
"Un BJT est un dispositif à courant contrôlé (courant de base contrôlant le courant du collecteur, tension de base fixée à une chute directe PN) tandis qu'un MOSFET est un dispositif de transconductance (le courant de base est négligeable, la tension de base contrôle le courant du collecteur)", comme le dit l'enseignant .
Lorsque vous parlez d'amplificateurs "en régime permanent" (pas de commutation dure ou de grandes variations de polarisation), l'hypothèse d'un "courant de base nul" est suffisamment vraie pour vous permettre de faire un travail significatif.
Lorsque vous introduisez une commutation dure à haute fréquence, comme d'autres l'ont souligné, les capacités inhérentes du MOSFET dominent le comportement (c'est-à-dire que le courant de base consommé est une fonction de la charge et de la décharge de la capacité de grille), de sorte que l'hypothèse du `` courant nul '' est invalidée.
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