ทำไม (ไม่) ใส่ตัวต้านทานที่เกต FET?

ในขณะที่คิดหาวิธีในการปกป้อง MOSFETแนวคิดหนึ่งก็คือการต่อต้านที่สูงมากที่ด้านหน้าของประตู: ความคิดที่ว่ากระแสไม่ควรไหลผ่านประตูดังนั้นถ้ามีบางคนที่ถูกคุกคามประตูชั่วคราวความต้านทานจะ จำกัด ปัจจุบันอาจป้องกัน FET จากการเบิร์น

ในความเป็นจริงในขณะที่ทำการวิจัยการป้องกัน MOSFET ฉันเจอผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการป้องกันแบบบูรณาการซึ่งรวมอยู่ในฟีเจอร์ "การต้านทานประตูซีรีย์ภายใน" ดังที่แสดงในแผนภาพ:

ถ้าความคิดนี้ถูกต้องแล้วคำถามคือทำไมไม่เสมอใส่ตัวต้านทาน megaohm หน้าประตู FET ใด?

หรือมีเหตุผลในทางปฏิบัติที่โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานเกตจะไม่ป้องกัน FET หรือไม่ หรืออาจมีผลกระทบด้านประสิทธิภาพที่ไม่พึงประสงค์ได้บ้าง?

แหล่งเกตเป็นตัวเก็บประจุเป็นหลัก ดังนั้นด้วยตัวต้านทานสูงนี้จึงต้องใช้เวลานานในการชาร์จ MOSFET จะเปิดเฉพาะเมื่อตัวเก็บประจุประตูมีประจุสูงกว่าระดับหนึ่ง (แรงดันขีด จำกัด ) ดังนั้นคุณจะเปลี่ยนช้ามาก

เหตุผลที่คนขับเกตมักใช้เพราะพวกเขาสามารถชาร์จตัวเก็บประจุเกตได้อย่างรวดเร็ว (มักใช้กระแสเกิน 1A) เพื่อลดเวลาในการเปลี่ยน

คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมที่นี่

ตัวต้านทานขนาดใหญ่ที่เกตช้าลงสลับของ MOSFET นี่เป็นเรื่องปกติเมื่อคุณใช้ MOSFET เป็นสวิตช์ (เปิด - ปิด) แต่เมื่อคุณขับมอเตอร์ด้วยความถี่ 20kHZ ขึ้นไปการสลับควรเร็วเพื่อลดการสูญเสียความร้อน (การสลับเร็วหมายถึงการสูญเสียพลังงานน้อยลง) โปรดทราบว่าตัวต้านทานที่คุณเห็นที่เกตไม่ได้มีไว้เพื่อปกป้อง MOSFET เท่านั้น ... มันยังช่วยป้องกันสิ่งที่ขับ MOSFET (เช่นไมโครคอนโทรลเลอร์) กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปอาจวิ่งและทำให้พิน I / O เสียหาย

Darko กล่าวว่า MOSFET เป็นตัวเก็บประจุเมื่อคุณมองจากด้านประตู ค่าใช้จ่ายที่จำเป็นสำหรับตัวเก็บประจุนี้สำหรับการชาร์จเต็มเรียกว่าค่าประตู (คุณสามารถค้นหาได้ในแผ่นข้อมูล) เมื่อชาร์จแล้วความต้านทานของ MOSFET (RDS) จะลดลงจนสุด ดังนั้นคุณสามารถเข้าใจได้ว่าการพยายามขับหมุดนี้โดยไม่มีความต้านทานแบบอนุกรมหมายความว่ากระแสไฟฟ้าสูงจะถูกจม / มีแหล่งที่มาโดยคนขับ (เช่นเดียวกับกระแสไฟพุ่งเข้าเมื่อชาร์จตัวเก็บประจุ)

$\Omega$

อันที่จริงแล้วการสลับช้าลงเมื่อค่าเกตสูงเช่นเวลาเปลี่ยนขั้นต่ำ 1.6 มิลลิวินาทีพร้อมโหลด 15V 1.5A เวลาเปลี่ยนไม่สมมาตรแสดงว่าพวกเขาอาจมีไดโอดข้ามตัวต้านทานเพื่อเร่งเวลา 'ตาม' ไดโอดจะกลับลำเอียงเมื่อจับยึดตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ตัวต้านทานค่าขนาดใหญ่จะไม่ปกป้องประตูอย่างไรก็ตามมันเป็นความเสียหายแบบถาวรและความเสียหายของฉนวนที่เกิดขึ้นไม่เหมือนกับการแยกไดโอด นั่นเป็นเหตุผลที่ไดโอดซีเนอร์ ESD อยู่ที่แกนนำของเกตเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่มาจากเกตมากเกินไป

แล้วทำไมคุณถึงใส่ตัวต้านทานเข้าไปในนั้น มันเป็นเช่นนั้น zeners อื่น ๆ (Overvoltage) สามารถทำสิ่งของพวกเขา ลองนึกภาพกรณีที่เลวร้ายที่สุดและเราย่อประตูนำไปสู่แหล่งที่มาจากนั้นก็เพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้กับท่อระบายน้ำ (ผ่านภาระภายนอกบางอย่าง) เพื่อรอการพัง DS เมื่อกระแสผ่านไดโอดซีเนอร์มีค่าเกิน mA บางตัว MOSFET จะเปิดและหนีบแรงดันไฟฟ้าเกิน

พลังงานมอสเฟตโดยทั่วไปไม่ไวต่อ ESD มากนักเนื่องจากความจุประตูขนาดใหญ่ ประตูแบ่งออกเป็นบางอย่างเหมือนปกติ 50V-100V ดังนั้นพลังงานจำนวนมากจึงต้องไปถึงประตู MOSFET ขนาดเล็กเช่น RF MOSFET มีความไวต่อ ESD มากเมื่อเปรียบเทียบ อย่างไรก็ตามแบบจำลองร่างกายมนุษย์โดยทั่วไปของ ESD นั้นเพียงพอที่จะสร้างความเสียหายได้แม้กระทั่งประตู MOSFET ที่มีพลังงานสูงพอสมควร

มีอีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ตัวต้านทานแบบอนุกรมอยู่ด้านหน้าประตูมอสเฟต - เพื่อชะลอการสลับอย่างช้าๆ สิ่งนี้จะช่วยลดอัตราการฆ่าในวงจรและด้วยเหตุนี้จึงสามารถลดการปล่อยและการปล่อยรังสีซึ่งเป็นเทคนิค EMC ที่มีประโยชน์

อย่างไรก็ตามเพื่อให้ชัดเจนว่าไม่ใช่สิ่งที่ตัวต้านทานที่แสดงนั้นมีไว้สำหรับ - อย่างที่คนอื่น ๆ ได้สังเกตเห็นนั่นคือเพื่อรักษา Zeners ที่จับยึดไว้ในพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย นอกจากนี้โปรดทราบว่าการลดความช้าลงของขอบสวิตช์มีผลกระทบทางลบ (เพิ่มการสูญเสียความร้อนที่จุดเปลี่ยนเป็นหนึ่ง) ต่อประสิทธิภาพของวงจร - เช่นการใช้เทคนิคนี้จะเป็นการประนีประนอม

ตัวต้านทานซีรีย์ gate สามารถใช้ถ้าไดโอดซีเนอร์ถูกใช้เพื่อ จำกัด แรงดันแหล่งเกตให้น้อยกว่าค่า Vgs ของ MOSFET คะแนนทั่วไปคือ 20V และจะใช้ซีเนอร์ 10V หรือ 15V

สำหรับการเปิด / ปิดอย่างรวดเร็วตัวเก็บประจุขนาดเล็กสามารถวางขนานกับตัวต้านทาน สมมติว่าตัวเก็บประจุถูกปล่อยออกมาในตอนแรก เมื่อคุณเปิดกระแส FET จะไหลผ่านตัวเก็บประจุและจะมีการแบ่งประจุทันทีระหว่างตัวเก็บประจุและความจุอินพุตของ FET FET จะเปิดใช้งานทันที ความเร็วในการเปิดของคุณจะใกล้เคียงกับสิ่งที่จะเกิดขึ้นหากตัวเก็บประจุนั้นสั้นในระหว่างรูปคลื่นของเกทไดรฟ์ เอฟเฟกต์แบบเดียวกันนี้ทำงานเมื่อทำการกลึง

แผนกการเก็บค่าประตูทำงานดังนี้ สมมติว่าแรงดันเกตและแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุเริ่มต้นที่ 0 จากนั้นเปิด ...

V_c = Qg / C_drive
Vgs = V_drive - V_c_drive

V_drive เป็นแรงดันไดรฟ์เกต
Qg คือค่าใช้จ่ายเกตทั้งหมดที่ระบุไว้ในแผ่นข้อมูล FET สำหรับ Vgs = V_drive ที่
กำหนด C_drive เป็นตัวเก็บประจุควบคู่กับตัวต้านทานไดรฟ์
Vgs คือแรงดันแหล่งเกต FET
V_c_drive คือแรงดันไฟฟ้าข้าม C_drive หลังจากสวิตช์

ตัวอย่างเช่นถ้าคุณขับ FET ผ่านตัวเก็บประจุ 10nF ที่มีสัญญาณขับ 10V และค่าเกตประตูรวมเป็น 1nC ที่ Vgs = 10V ตัวเก็บประจุจะเรียกเก็บกับ ... โปรดทราบว่านี่เป็นการประมาณเนื่องจาก Vgs ไม่ใช่ 10V Qg จริงแล้วน้อยกว่าที่คาดเอาไว้เล็กน้อย ผลกระทบของตัวต้านทานเกตขนานคือมักจะทำให้แรงดันทั่วทั้งตัวเก็บประจุ 0V ดังนั้นหลังจากสวิตช์แรงดันตัวเก็บประจุจะลดลงอย่างช้าๆจาก 0.1V ถึง 0V ที่อัตราของเวลาคงที่ R * C ในรอบปิดการชาร์จประจุจะแบ่งวิธีอื่นดังนั้นแรงดันตัวเก็บประจุสุดท้ายจะเป็น -0.1V เมื่อวัดด้วยการวางแนวเดียวกันกับที่เปิดใช้

V_c_drive = 1nC / 10nF = 0.1V
Vgs = 10V - 0.1 V = 9.9V





โปรดทราบว่าคุณไม่จำเป็นต้องรอให้ตัวเก็บประจุปล่อยก่อนปิด FET หากคุณต้องเปิด FET จากนั้นปิดทันทีส่วนการประจุในการปิดจะยกเลิกสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการเปิดเครื่องและแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเท่ากับ 0 เมื่อสิ้นสุดรอบ

ค่าตัวเก็บประจุควรมีขนาดใหญ่พอที่ค่าเกตทั้งหมดของ FET ที่แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ที่ต้องการจะให้ได้เพียงแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุขนาดเล็ก แต่มีขนาดเล็กพอที่จะไม่ปล่อยพลังงานชั่วคราวผ่านไป โดยทั่วไปคุณควรมี C_drive> Qg / 1V

ปริมาณความต้านทานที่คุณสามารถใช้ได้นั้นขึ้นอยู่กับกระแสรั่วไหลของเกตกรณีที่แย่ที่สุดในแผ่นข้อมูล MOSFET รวมถึงซีเนอเรเตอร์ของคุณ จุดสำคัญคือว่าการรั่วไหลรวมครั้งความต้านทานชุดจะต้องน้อยกว่าแรงดันเกณฑ์ MOSFET มากกว่าอุณหภูมิ

ตัวอย่างเช่นหากแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ FET ของคุณคือ 3V ดังนั้น R * leak_current จะต้องน้อยกว่า 3V ประเด็นคือเพื่อป้องกันการรั่วไหลจากตัวต้านทานและสร้างอคติ DC ที่ทำให้ FET เปิดหรือปิดในเวลาที่ไม่ถูกต้อง

FET ส่วนใหญ่แสดงการรั่วไหลของเกตที่ต่ำกว่า 1uA สูงสุดในแผ่นข้อมูล ส่วนใหญ่ zeners รั่วหลาย uA และการรั่วไหลเพิ่มขึ้นชี้แจงกับอุณหภูมิ ดังนั้นซีเนอร์จึงคำนึงถึงการรั่วไหลของประตูเกือบทั้งหมด ดังนั้น 100K หรือ 10K น่าจะเหมาะสมกว่า 1MEG ในความคิดของฉัน