Một nguyên tắc chung mà bạn nghe thấy khi học Kỹ thuật điện là dòng điện cổng của MOSFET luôn xấp xỉ 0. Khi nào không an toàn khi cho rằng nó bằng 0?
Câu trả lời:
Trong điều kiện nhất thời, dòng điện cổng sẽ khác không vì bạn cần sạc (hoặc xả) điện dung cổng và điều này đòi hỏi phải có dòng điện. Dòng cổng càng lớn, điện áp cổng thay đổi càng nhanh và thiết bị chuyển mạch càng nhanh. Khi quá trình chuyển đổi hoàn thành, dòng cổng sẽ tiến về 0 (và chủ yếu là dòng rò).
Đối với tần số chuyển mạch thấp (PWM), dòng cổng rms sẽ thấp. Tần số chuyển đổi cao hơn sẽ làm tăng dòng điện rms.
Ngoại lệ quan trọng nhất thường không phải là rò rỉ tĩnh mà khi sạc hoặc xả điện dung cổng để bật hoặc tắt.
Dòng điện cổng khoảng 0,1 đến 1 amp thường được yêu cầu để sạc và xả điện dung cổng trong thời gian nhanh chóng hữu ích.
Quá nhanh dẫn đến thua lỗ thêm.
Quá chậm dẫn đến FET ở trạng thái điện trở hoạt động giữa tắt và cứng và tiêu tán lượng năng lượng rất lớn so với những gì có thể đạt được với thiết kế phù hợp.
Đây là lý do tại sao cần phải có trình điều khiển cổng và tại sao bạn không thể lái cổng MOSFET ở tần số cao từ chân vi điều khiển thường có thể cung cấp 1 đến 30 mA, ngay cả khi yêu cầu điện áp được đáp ứng tốt.
Ngày mai
Liên quan - Dòng ổ cổng MOSFET:
Người ta thường không đánh giá cao rằng một MOSFET được chuyển đổi ở mức 10 kHz cộng với có thể cần dòng ổ đĩa cổng trên dải 0,1A - 1A để đạt được thời gian chuyển đổi đầy đủ - tùy thuộc vào ứng dụng. Ở nhiều ổ 10 kHz ở đầu cao hơn của dải sẽ là phổ biến.
Dữ liệu MOSFET chỉ định phí cổng và điện dung cổng. Điện dung thường nằm trong phạm vi "vài nanoFarad" và điện tích cổng thường là vài chục nanocoulomb và điện dung đầu vào thường là nanoFard hoặc một vài.
Sử dụng bộ chọn tham số Digikeys, tôi chỉ tập hợp các MOSFET kênh N gồm 60-100 V Vds và 10-20 Id Id.
Điện tích cổng thấp tới 3,4 nC và điện dung đầu vào = 256 pF và
cao tới 225 nC với điện dung đầu vào 5700 pF
với tứ phân vị trung bình đáy = 18 nC và 870 pF và
tứ phân vị trung bình hàng đầu = 46 nC và 1200 pF
Điện tích đó phải được "bơm" vào và ra khỏi điện dung cổng.
Nếu bạn đang ở mức 10 kHz thì 1 chu kỳ = 100 uS, vì vậy bạn hy vọng rằng thời gian chuyển đổi là một phần nhỏ trong số đó. Nếu bạn muốn sạc hoặc xả một vài nF đến / từ 0 đến 3V thông thường thì việc có ít nhất 100 mA ổ đĩa là điều cần thiết.
1 Coulomb = 1 amp.second vì vậy 10 nC yêu cầu 1 A có nghĩa là 0,01 uS hoặc 0,1A có nghĩa là 0,1 uS. MOSFET ngoại lệ khủng khiếp ở trên với phí cổng 225 nC sẽ mất 0,225 uS để sạc ở 1A và 2,25 uS ở 0,1A. Lý do mà FET này tệ hơn nhiều so với hầu hết là vì tôi là "sepcial - đó là một thiết bị chế độ suy giảm 100V 16A thường không có điện áp cổng và yêu cầu điện áp cổng âm để tắt. Tuy nhiên, người ta vẫn có thể" bắt gặp "ví dụ như phần 60V, 20A này với phí cổng 100+ nC.
Phần 60V 14A bình thường hơn này có phí cổng tối đa 18 nC. Lái nó từ một chân cổng vi điều khiển ở 10 mA và nó sẽ mất! 1,8 uS để sạc tụ điện cổng - có thể chấp nhận được ở 10 kHz và rất tệ ở 100 kHz. Với thời gian chuyển đổi tăng và giảm là 110 và 41 nS khi 'điều khiển đúng cách' bạn muốn tốt hơn là ~ 2 lần sạc cổng uS để chuyển nó ở bất cứ đâu gần giới hạn trên của nó.
Thí dụ:
Trình điều khiển cổng cao 200 nS:
Nguồn của mạch này không nhất định - tôi nghĩ thông qua thành viên PICList. Có thể kiểm tra nếu có ai quan tâm. Lưu ý mũ này là "thông minh" đáng kể hơn có thể rõ ràng. (Olin thích cách sắp xếp đầu vào được sử dụng ở đây). Sự dao động ~ = 3V trên R14 gây ra một khoảng 15V xoay quanh R15, vì vậy các cơ sở Q14 / Q15 dao động từ + 30V đến khoảng + 15V, cung cấp ~ 15V nếu cổng phía cao lái vào MOSFET P Channel.
Kiểm tra bảng dữ liệu. Đối với MOSFET này, họ chỉ định một cổng rò rỉ nguồn tối đa 100nA. Ví dụ, nếu bạn đang lái FET từ một opamp, bạn có thể bỏ qua điều đó. Nếu bạn đang sử dụng một số điện áp tĩnh với mức sạc rất thấp, 100nA có thể là quá nhiều. Tất cả phụ thuộc vào ứng dụng của bạn, nhưng trong hầu hết các trường hợp, dòng tĩnh này sẽ không đáng kể. Bật và tắt sẽ khiến một đỉnh hiện tại lớn hơn nhiều để sạc và xả điện dung của cổng.
Dưới đây là một số dạng sóng biểu thị một số bản chất nhất thời của một MOSFET lớn. Dòng cổng trở nên cao trong quá trình chuyển đổi và có thể đã gây ra sự sụt giảm điện áp ổ đĩa cổng ở đây. (đường màu đen)
.
Tôi nghĩ rằng sự khái quát hóa này xuất phát từ việc so sánh MOSFET với BJT về mặt ứng dụng khuếch đại lý tưởng hóa.
"Một BJT là một thiết bị được điều khiển bằng dòng điện (dòng thu điều khiển dòng cơ sở, điện áp cơ sở được kẹp vào mức giảm về phía trước PN) trong khi MOSFET là một thiết bị dẫn điện (dòng cơ sở không đáng kể, dòng điện điều khiển cơ sở kiểm soát dòng điện)", như giáo viên nói .
Khi bạn nói về bộ khuếch đại "trạng thái ổn định" (không chuyển mạch cứng hoặc dao động lớn trong xu hướng), giả định 'dòng cơ sở bằng không' đủ đúng để cho phép bạn thực hiện công việc có ý nghĩa.
Khi bạn giới thiệu chuyển mạch cứng tần số cao, như những người khác đã chỉ ra các công suất vốn có của MOSFET chi phối hành vi (tức là dòng cơ sở được rút ra là chức năng sạc và xả điện dung cổng) nên giả định 'dòng không' bị vô hiệu.