Calcul de la résistance à l'extraction pour une porte donnée d'un MOSFET

J'ai cherché et lu beaucoup de questions similaires, mais je n'ai pas trouvé de réponse précise sur la manière de calculer la valeur correcte pour une résistance à dérouler pour une grille flottante d'un MOSFET. Il semble que tout le monde évite la question avec un 1K, 10K ou 100K "devrait fonctionner".

Si j'avais un IRF510 à canal N et que j'allais utiliser la porte de 9 V pour commuter un de 24 V à 500 mA, quelle valeur devrais-je utiliser pour la résistance de déroulement de la porte et comment avez-vous calculé cette valeur?$V_{DS}$

Voici un moyen quantitatif de déterminer les limites de la résistance de terminaison de grille acceptable pour les MOSFET de puissance. $R_g$

Ce sera une approche paresseuse paresseuse paresseuse ( ). Alors: $L^3$

• Modèle FET très simple, juste , et inclus. $C_{\text{gd}}$$C_{\text{gs}}$$R_g$
• Les condensateurs FET sont considérés comme linéaires uniquement.
• La porte FET a été abaissée à la source via .$R_g$
• $V_{\text{ds}}$ forçant une tension pas plus compliquée qu'une rampe linéaire sera utilisée.

L’intention d’une approche ( ) est d’obtenir un maximum de perspicacité / d’utilité avec un minimum d’effort, en utilisant un modèle aussi simple que possible, mais néanmoins significatif. $L^3$

Le modèle est un simple diviseur capacitif avec tirage résistif. été résolu pour le domaine fréquentiel, puis transformé de Laplace inverse pour le domaine temporel. $V_{\text{gs}}$

Ce modèle analyse trois conditions de fonctionnement:

1. Une tension apparaît sur le drain à la source alors que = . C'est une condition qui ne devrait jamais se produire dans un circuit réel, mais il est instructif d'y penser. $R_g$$\infty$
2. La porte se termine à la source par avec une valeur finie, alors que tout changement en lent et peu fréquent. Chaque FET utilisé passe du temps dans cet état. Par exemple, au démarrage, tous les FET passent par une période où ils doivent être éteints et toute modification de$R_g$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$ se produit sur plusieurs millisecondes. Au cours de ce type d'opération, le FET est essentiellement un dispositif passif.
3. Commutation fréquente de temps de montée et de descente avec ayant une valeur finie. La plupart des FET finissent par passer plus de temps dans cette condition. $R_g$

1. La non terminée Gate: = $R_g$$\infty$

Après avoir réglé = ∞ : $R_g$$\infty$

= C gd V $V_{\text{gs}}$$\frac{C_{\text{gd}} V_{\text{ds}}}{C_{\text{gd}}+C_{\text{gs}}}$

Donc, dans ce cas, est simplement une version mise à l'échelle de V ds et le facteur d'échelle est le diviseur capacitif de C gd et C gs . Pour l'IRF510: $V_{\text{gs}}$$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{gs}}$

= 100 V C gd = C rss = 20pF C gs = C SSCI - C gd = 135pF - 20pF = 115pF V GTH-min = 2V $V_{\text{ds-max}}$
$C_{\text{gd}}$$C_{\text{rss}}$
$C_{\text{gs}}$$C_{\text{ciss}}$$C_{\text{gd}}$
$V_{\text{gth-min}}$

Pour une tension drain source supérieure à 14V, sera supérieure au seuil de 2V et la partie commenceront à la conduite. Peu importe la façon dont la tension apparaît sur le drain, juste que c'est là. C'est assez évident pourquoi personne ne laisse jamais une porte FET sans fin. $V_{\text{gs}}$

2. FET désactivé pendant le démarrage du système: = quelques valeurs finies$R_g$

Permettant à d’être une valeur finie variable: $R_g$

= C gd V dsSlp R g ( 1 - e - $V_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}} V_{\text{dsSlp}} R_g \left(1-e^{-\frac{t}{R_g \left(C_{\text{gd}}+C_{\text{gs}}\right)}}\right)$

est la pente ou la rampe linéaire forçant la tension (en volts / seconde) entre le drain et la source. Si V ds augmente de 0 à 25 V en 2 millisecondes, R g devra être inférieur à 11 MOhms pour que V gs reste en dessous du seuil de 2 V et reste inactif. $V_{\text{dsSlp}}$$V_{\text{ds}}$$R_g$$V_{\text{gs}}$

Ces faibles taux de changement (dans les 1 à 10 milli-seconde gamme) pour sont pourquoi Olin Lathrop peut correctement dire R g valeurs de 1kOhm, 10kOhm ou 100kOhm doit travailler. Donc, oui pour un pull passif afin de garder un FET éteint lors du démarrage du système ou une autre application basse commutation dV / dt rarement commutée, presque n'importe quelle résistance kilo-ohm fera l'affaire.$V_{\text{ds}}$$R_g$

Pourquoi même perdre du temps à regarder ça? Si c'est tout ce que nous avons, nous pouvons tous nous retourner, nous rendormir et être heureux. Mais, il y a beaucoup plus que cela, alors regardons un peu de cela ensuite.

3. Exigences avec dV / dt élevé au drain de la source - Le problème dV / dt$R_g$

Presque tous les FETs finissent par être fréquemment commuté, entre 10KHz et 500KHz, avec la montée court et temps de chute transitions. La plupart des FET seront désactivés dans 20 à 100 nanosecondes, et c’est là que la terminaison de la porte devient importante. Let look à la IRF510 avec V ds augmentation linéaire de 0 à 25V dans 50 nano-secondes. En utilisant l'équation de la condition 2 ci-dessus: $V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$

= (20PF)  (25V / 50nsec)  Rg ( 1 - e - $V_{\text{gs}}$$\text{(20pF) }\text{(25V/50nsec) }\text{Rg} \left(1-e^{-\frac{\text{50 nsec}}{\text{(20pF + 115pF)} \text{ Rg}}}\right)$

$R_g$$V_{\text{gs}}$$R_g$

$R_g$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$

$V_{\text{ds}}$

$R_g$

$R_g$

$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$

Pour un circuit résonnant série LC:

$\frac {Z_o} {R}$$Z_o$$\sqrt {\frac {L} {C}}$

$C_{\text{gs}}$$Z_o$$R_g$$Z_o$$R_g$$Z_o$

Quelques points à garder à l'esprit

• $R_g$
• $R_g$$R_g$$R_{g-\max }$$R_g$$R_{g-\min }$
• Tous les FET présentent des effets dV / dt, en particulier des pièces technologiques plus anciennes.

Considérez ceci comme la connaissance minimale requise sur la résistance du circuit de porte dans les MOSFET.

1 kΩ, 10 kΩ ou 100 kΩ devraient fonctionner.

Réfléchissez à l’objectif d’un pulldown et aux moments importants. En fonctionnement normal, la porte est généralement actionnée dans les deux sens. Une résistance pulldown ne sert alors à rien, et un meilleur ne gêne pas.

En règle générale, le but d'un pulldown est de maintenir le FET hors tension pendant le démarrage alors que le circuit de commande de porte actif est à haute impédance. Cela peut arriver, par exemple, si la porte est directement pilotée par une broche de microcontrôleur. Il peut s'écouler 10 secondes avant que l'horloge du micro ne commence à fonctionner et que le système exécute les instructions qui placent la broche dans un état de sortie connu. Cela pourrait être mauvais si le FET ne devait être activé que quelques µs à la fois pour éviter la saturation d'un inducteur, par exemple. Dans de tels cas, non seulement le réveil du FET pourrait provoquer un courant excessif, mais ce courant excessif pourrait en fait empêcher l'alimentation de remonter complètement, bloquant essentiellement le circuit en mode pied de biche indéfiniment.

Alors, quels sont les critères pour décider de la valeur du pulldown? À une extrémité, la résistance doit être suffisamment basse pour que la porte soit déchargée dans le temps et puisse être maintenue à l'état bas malgré le couplage captif des transitoires de démarrage. La grille d'un FET a une résistance très élevée et a généralement un aspect capacitif. Même une grande résistance peut éventuellement décharger la capacité de la grille. Le facteur limitant est la rapidité avec laquelle l'appareil peut être éteint, puis rallumé. Habituellement, ce n'est pas le problème cependant. Garder la porte basse malgré les transitoires de démarrage est beaucoup plus difficile à évaluer car il est presque impossible de savoir d'où peuvent provenir ces transitoires et quelle sera leur force de couplage sur le nœud de porte. C'est pourquoi vous voyez une telle plage. Personne ne sait vraiment ce qui est nécessaire, alors ils expérimentent et déprécient, ou plus probablement, Choisissez un bon numéro. L'idée de la gentillesse de différentes personnes varie.

À l’autre extrémité, vous ne voulez pas que le menu déroulant dégage un courant important qui, sinon, ferait monter la barrière haut rapidement ou du tout. Si vous utilisez un driver FET pouvant générer 1 A lors de la commutation, la conversion supplémentaire de 10 mA à partir de 1 kΩ est quasiment sans importance. Par contre, si la porte est actionnée directement à partir d’une micro-broche, l’ajout supplémentaire de 5 mA d’un menu déroulant de 1 kΩ pourrait constituer un inconvénient majeur. Dans ce cas, 10 kΩ serait mieux. Il est rarement nécessaire d'aller plus haut que cela, mais dans certains circuits de faible puissance où le FET est activé pendant de longues périodes, il peut être utile d'utiliser 100 kΩ.

Donc, comme je l'ai dit, 1 kΩ, 10 kΩ ou 100 kΩ devraient fonctionner.