Qu'est-ce que la capacité de commande de porte MOSFET et pourquoi m'en soucie-t-il?

13

Quelqu'un m'a dit que ce circuit a une "faible capacité d'entraînement de la porte":

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Que veut dire ceci exactement? Je l'ai testé avec une LED comme charge pour M1, et le microcontrôleur est capable de l'allumer et de l'éteindre très bien. Dans quelles circonstances une mauvaise capacité d'entraînement est-elle un problème? Comment puis-je l'améliorer?

Phil Frost
la source
3
Je suis content que vous ayez posé cette question, car je pense que je l'aurais finalement fait.
JYelton

Réponses:

18

La réponse est à la fin, mais au cas où vous ne seriez pas familier avec le concept de condensateur MOS, je ferai un bref examen.

Condensateur MOS:

La grille du transistor MOSFET est essentiellement un condensateur. Lorsque vous appliquez une tension à ce condensateur, il répond en accumulant une charge électrique:

entrez la description de l'image ici

La charge accumulée sur l'électrode de grille est inutile, mais la charge sous l'électrode forme un canal conducteur qui permet à un courant de circuler entre les bornes source et drain:

entrez la description de l'image ici

Le transistor se met sous tension lorsque la charge stockée dans ce condensateur devient appréciable. La tension de grille à laquelle cela se produit est appelée tension de seuil (c'est essentiellement la tension de grille au corps qui est pertinente ici, mais supposons que le corps est défini comme un potentiel nul).

Comme vous le savez peut-être, la charge d'un condensateur via une résistance prend du temps (il y a toujours une certaine résistance présente, même si le schéma ne contient pas de résistances). Cette durée dépend à la fois de la valeur du condensateur et de la résistance:

entrez la description de l'image ici

En combinant toutes les déclarations ci-dessus, nous obtenons:

  • Transistor's Gate est un condensateur qui doit être chargé à travers une résistance pour que le transistor "se mette en marche"
  • Plus la capacité d'entrée de la porte est élevée, plus il faut de temps pour commuter le transistor sur ON
  • Plus la résistance entre la source de tension et la porte est élevée, plus il faut de temps pour commuter le transistor sur ON
  • Plus la tension appliquée extérieurement est élevée, plus il faut de temps pour mettre le transistor sous tension.

La réponse:

Lorsque les gens disent "capacité de commande de grille médiocre", cela signifie que les temps d'activation et de désactivation du transistor dans une configuration donnée sont trop longs.

"Trop longtemps par rapport à quoi?" vous pourriez demander, et c'est la question la plus importante à poser. Les temps d'activation / désactivation requis dépendent de nombreux aspects, dans lesquels je ne veux pas entrer. À titre d'exemple, pensez à piloter le transistor avec une onde carrée périodique ayant un rapport cyclique de 50% et une période de 10 ms. Vous voulez que le transistor soit passant pendant la phase haute et bloqué pendant la phase basse du signal. Maintenant, si le temps d'activation du transistor dans une configuration donnée sera de 10 ms, il est clair que 5 ms de signal de phase élevée ne suffiront pas du tout à l'activer. La configuration donnée a une "faible capacité d'entraînement de la porte".

Lorsque vous avez utilisé le transistor pour allumer la LED, vous n'avez pas utilisé de hautes fréquences de commutation, non? Dans ce cas, le temps de commutation du transistor n'était pas d'une importance majeure - vous vouliez juste voir qu'il finit par s'allumer / s'éteindre.

Sommaire:

La "capacité de commande de porte" ne peut pas être bonne ou mauvaise en général, mais elle est suffisamment bonne pour votre application ou non. Dépend des temps de commutation que vous souhaitez atteindre.

Afin de réduire les temps de commutation, vous pouvez effectuer les opérations suivantes:

  • Réduisez la résistance à la porte
  • Augmentez la tension / intensité nominale des circuits de commande

Il n'y a rien que vous puissiez faire concernant la capacité de Gate - c'est une propriété intégrée du transistor.

J'espère que cela t'aides

Vasiliy
la source
2
Vous avez un certain contrôle sur la capacité de la grille: choisissez un MOSFET différent.
helloworld922
@ helloworld922, bien sûr.
Vasiliy
1
Je pense que la 2ème image est un peu déroutante, car dans la plupart des MOSFETS, la source et le corps sont connectés . Pourtant, l'image montre des charges opposées à la source et au corps. Cela démontre bien le point de capacité, mais ce n'est peut-être pas réaliste.
Phil Frost
1

Le problème se pose lorsque les MOSFET doivent être activés / désactivés à une fréquence relativement élevée. La capacité Miller introduite dans Gate (Cgs) joue alors un rôle important, de sorte que la charge / décharge de cette capacité à une fréquence élevée nécessite que des courants supérieurs à 1A soient injectés dans Gate.

En fonctionnement continu et statique, le circuit d'attaque "voit" une charge d'impédance très élevée et peut facilement activer / désactiver le MOSFET. Juste pour tester et vérifier, augmentez la fréquence de la broche GPIO dans le schéma illustré et regardez la forme d'onde sur la porte du MOSFET.

Alireza
la source