Neden FET kapısına bir direnç koymuyorsunuz?

Bir MOSFET'i korumanın yollarını düşünürken bir fikir, kapının önüne son derece yüksek bir direnç koymaktı: Fikir, akımın asla kapıdan geçmesi gerekmiyordu, bu nedenle geçici bir geçit kapıyı tehdit ederse, direnç muhtemelen FET'in yanmasını önler.

Aslında, MOSFET korumasını araştırırken, diyagramında gösterildiği gibi "dahili seri geçit direnci" özelliklerini içeren bu entegre korumalı ürünle karşılaştım :

Bu fikir doğruysa, soru şudur: Neden her zaman bir FET'in kapısından önce bir megaohm direnci koymuyorsunuz?

Ya da bir kapı direnci edeceğini pratik bir neden yoktur değil tipik FET korumak? Ya da olumsuz bir performans etkisi olabilir mi?

Kapı kaynağı esasen bir kapasitördür. Yani bu yüksek dirençle, şarj olması çok uzun zaman alacaktı. MOSFET, yalnızca kapı kapasitörü bir seviyenin (eşik voltajı) üzerine yüklendiğinde yanar, bu nedenle çok yavaş anahtarlama yaparsınız.

Kapı sürücülerinin sıklıkla kullanılmasının nedeni, kapı kapasitörünü (genellikle 1A'nın üzerindeki akımı kullanarak) hızlı bir şekilde şarj edebilmeleridir;

Daha fazlasını buradan okuyabilirsiniz .

Kapıdaki büyük dirençler MOSFET'in değiştirilmesini yavaşlatır. Bu, MOSFET'i anahtar (ON-OFF) olarak kullandığınızda sorun değil, ancak 20kHZ frekansında ve üstünde bir motor kullanıyorsanız, ısı kayıplarını en aza indirmek için anahtarlama hızlı olmalıdır (daha hızlı geçiş, daha az güç kaybı anlamına gelir). Kapıda gördüğünüz direncin sadece MOSFET'i korumak için tasarlanmadığını unutmayın ... MOSFET'i süren her şeyi de korur (örneğin: bir mikrodenetleyici). Aşırı akım acele edebilir ve G / Ç pimine zarar verebilir.

Darko'nun dediği gibi, MOSFET, kapı tarafından baktığınızda bir kapasitördür. Bu kapasitörün tam olarak şarj olması için gereken ücret, geçit ücreti olarak adlandırılır (veri sayfasında bulabilirsiniz). Şarj olduktan sonra MOSFET'in direnci (RDS) en aza indirilir. Böylece, bu pimi bir seri direnç olmadan sürmeye çalışmanın, yüksek akımın sürücü tarafından batırıldığı / kaynaklanacağı anlamına geldiğini anlayabilirsiniz (bir kondansatörü şarj ederken ani akım ile aynı).

$\Omega$

Bu, geçit şarjı yüksek olduğunda, örneğin 15V 1.5A yük ile 1.6ms minimum kapanma süresi gibi anahtarlamayı gerçekten yavaşlatır. Asimetrik anahtarlama süresi, 'açık' zamanı hızlandırmak için direnç boyunca aslında bir diyotun olabileceğini ima eder. Diyot, aşağıda açıklandığı gibi kelepçeleme sırasında ters yönde eğimli olacaktır.

Büyük bir değer direnci muhtemelen kapıyı korumaz, diyot arızası gibi değil, kalıcı bir arıza ve yalıtım hasarı olur. Bu nedenle ESD zener diyotları, aşırı geçit kaynağı voltajını önlemek için geçit kablosundadır.

Öyleyse neden sorduğunuz bir direnç var? Öyleyse diğer (Aşırı Gerilim) zeners işlerini yapabilirler. En kötü durumu düşünün ve kapıya giden kaynağa kısa devre yaparız ve daha sonra DS arızasını bekleyen drenajdaki voltajı (bazı harici yüklerden) sadist olarak arttırırız. Zener diyotlarından geçen akım biraz mA değerini aştığında MOSFET açılır ve aşırı gerilimi sıkıştırır.

Güç MOSFET'leri, büyük kapı kapasitansı nedeniyle genellikle ESD'ye karşı çok hassas değildir. Kapı aslında 50V-100V gibi bir şeyde yıkılıyor, bu yüzden kapıya ulaşmak için çok fazla enerji gerekiyor. RF MOSFET'ler gibi küçük MOSFET'ler, karşılaştırıldığında ESD'ye çok duyarlıdır. Bununla birlikte, ESD'nin tipik insan vücudu modeli, orta derecede büyük bir güç MOSFET kapısına bile zarar vermek için yeterlidir.

Anahtarlamayı kasıtlı olarak yavaşlatmak için bir MOSFET geçidinin önüne bir seri direnç koymak için başka bir neden daha var . Bu, devredeki dönüş oranlarının en aza indirilmesine yardımcı olur ve bu nedenle yararlı ve EMC tekniği olabilecek iletilen ve yayılan emisyonları azaltabilir.

Ancak, açık olmak gerekirse, bu kesinlikle değil gösterilen direncin dahil şey - diğerlerinin de belirttiği gibi, kenetleme Zeners'ı güvenli çalışma bölgesinde tutmak için oradadır. Ayrıca, anahtarlama kenarlarının yavaşlatılmasının devre performansı üzerinde olumsuz etkileri (anahtarlama kenarlarında artan termal kayıpların bir olduğu) olduğuna dikkat edin - bu tekniğin herhangi bir kullanımı bir uzlaşmadır.

Geçit kaynağı voltajını MOSFET'in Vgs değerinden daha düşük bir değere sınırlamak için bir zener diyotu da kullanılıyorsa bir geçit serisi direnci kullanılabilir. Tipik derecelendirme 20V'dir ve 10V veya 15V zener kullanılır.

Hızlı açma / kapama için, dirence paralel olarak küçük bir kapasitör yerleştirilebilir. Kondansatörün başlangıçta deşarj olduğu varsayılarak. FET'i açtığınızda akım kondansatörden akacaktır ve kondansatör ile FET'in giriş kapasitansı arasında neredeyse anında şarj bölünmesi olacaktır. FET anında açılacaktır. Açma hızınız, kapı tahrik dalga formunun kenarı sırasında kapasitör kısa olursa ne olacağıyla neredeyse aynı olacaktır. Aynı etki kapanışta da işe yarar.

Kapı şarj bölümü aşağıdaki gibi çalışır. Kapı voltajının ve kapasitör üzerindeki voltajın başlangıçta 0 olduğunu ve ardından

açıldığını
varsayarsak ... V_c = Qg / C_drive Vgs = V_drive - V_c_drive

V_drive kapı sürücü voltajıdır.
Qg, verilen Vgs için FET veri sayfasında listelenen toplam geçit ücretidir = V_drive
C_drive, sürücü direncine paralel olarak kapasitördür.
Vgs, FET geçidi kaynak voltajıdır.
V_c_drive, anahtardan sonra C_drive'daki voltajdır.

Örneğin, FET'i 10V sürücü sinyalli bir 10nF kapasitörden geçirirseniz ve toplam geçit yükü Vgs = 10V'de 1nC ise, kapasitör şarj olur ...

V_c_drive = 1Nc / 10nF = 0.1V
Vgs = 10V - 0.1 V = 9,9V

Vgs'nin 10V olmadığı için bu bir yaklaşımdır.

Paralel kapı direncinin etkisi daima 0V kapasitör boyunca voltaj yapma eğilimindedir. Bu nedenle anahtardan sonra kapasitör voltajı R * C zaman sabiti oranında yavaş yavaş 0.1V'dan 0V'a düşecektir. Bir kapatma çevriminde, yük diğer yöne bölünür, böylece açılışta kullanılan aynı yönle ölçüldüğünde nihai kapasitör voltajı -0.1V olur.

FET'i kapatmadan önce kapasitörün boşalmasını beklemenize gerek olmadığını unutmayın. Eğer FET'i açıp hemen kapatacak olursanız, kapanma sırasındaki şarj bölümü, açma sırasında olanları tam olarak iptal eder ve döngü sonunda kapasitör voltajı yaklaşık 0 olur.

Kapasitör değeri, arzu edilen sürücü voltajındaki FET'in toplam geçit yükünün sadece küçük bir kapasitör voltajı verebileceği kadar büyük olmalı, ancak çok fazla geçici enerjiye izin vermeyecek kadar küçük olmalıdır. Genellikle C_drive> Qg / 1V olmalıdır.

Kullanabileceğiniz direnç miktarı, MOSFET veri sayfasındaki en kötü geçit kapısı kaçak akımına ve zener kaçağınıza bağlıdır. Önemli olan, seri direncin toplam sızıntı süresinin sıcaklık üzerindeki MOSFET eşik voltajından çok daha az olması gerektiğidir.

Örneğin, FET eşik voltajınız 3V ise, R * kaçak_ akımı 3V'den çok daha düşük olmalıdır. Mesele, sızıntının rezistansı bozmasını ve FET'i yanlış zamanda açık veya kapalı tutan bir DC önyargı oluşturmasını önlemektir.

Çoğu FET, veri sayfalarında maks. 1uA'nın altında bir kapı sızıntısını listeler. Çoğu zener birkaç uA sızdırır ve sızıntı sıcaklıkla birlikte katlanarak artar. Böylece zener kapı kaçağının çoğunu oluşturur. Bence 100K veya 10K muhtemelen 1MEG'den daha uygun.