ความสามารถของเกทไดร์ฟ MOSFET คืออะไรและทำไมฉันถึงต้องใส่ใจกับมัน


13

มีคนบอกฉันว่าวงจรนี้มี "ความสามารถในการขับเคลื่อนประตูที่ไม่ดี":

แผนผัง

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab

หมายความว่าอะไรกันแน่? ฉันทดสอบด้วย LED เป็นโหลดสำหรับ M1 และไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถเปิดและปิดได้ดี ความสามารถของไดรฟ์ที่ไม่ดีมีปัญหาในกรณีใดบ้าง ฉันจะปรับปรุงได้อย่างไร


3
ฉันดีใจที่คุณถามคำถามนี้เพราะฉันคิดว่าฉันจะมีในที่สุด
JYelton

คำตอบ:


18

คำตอบคือท้ายที่สุด แต่ในกรณีที่คุณไม่คุ้นเคยกับแนวคิดของตัวเก็บประจุ MOS ฉันจะตรวจสอบอย่างรวดเร็ว

ตัวเก็บประจุ MOS:

ทรานซิสเตอร์ Gate of MOSFET นั้นเป็นตัวเก็บประจุ เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าใด ๆ กับตัวเก็บประจุนี้มันจะตอบสนองโดยการสะสมประจุไฟฟ้า:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ประจุที่สะสมในขั้วไฟฟ้าเกทนั้นไม่มีประโยชน์ แต่ประจุที่อยู่ภายใต้อิเล็กโทรดจะสร้างช่องทางนำไฟฟ้าที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลระหว่างขั้วต้นทางและเทอร์มินัลท่อระบายน้ำ:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ทรานซิสเตอร์เปิดเมื่อประจุที่เก็บในตัวเก็บประจุนี้สามารถมองเห็นได้ แรงดันไฟฟ้าของประตูที่สิ่งนี้เกิดขึ้นเรียกว่าแรงดัน Threshold (โดยพื้นฐานแล้วมันคือแรงดันไฟฟ้า Gate-to-Body ซึ่งมีความเกี่ยวข้องที่นี่ แต่ให้เราสมมติว่าร่างกายถูกกำหนดให้มีศักยภาพเป็นศูนย์)

อย่างที่คุณอาจทราบการชาร์จตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทานต้องใช้เวลา (มีความต้านทานอยู่เสมอแม้ว่าวงจรจะไม่มีตัวต้านทาน) เวลานี้ขึ้นอยู่กับมูลค่าของตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

เราได้รวมข้อความข้างต้นทั้งหมดเข้าด้วยกัน:

  • Gate's Transistor เป็นตัวเก็บประจุที่ควรทำการชาร์จผ่านตัวต้านทานเพื่อให้ทรานซิสเตอร์เป็น "สวิตช์เปิด"
  • ยิ่งความจุอินพุตของ Gate สูงขึ้นก็จะใช้เวลานานขึ้นในการเปิดทรานซิสเตอร์
  • ยิ่งความต้านทานระหว่างแหล่งจ่ายแรงดันและเกตสูงขึ้นก็จะใช้เวลานานขึ้นในการเปิดทรานซิสเตอร์
  • สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ภายนอกที่สั้นกว่าที่มันจะเปิดทรานซิสเตอร์

คำตอบ:

เมื่อมีคนพูดว่า "ความสามารถในการขับประตูที่ไม่ดี" พวกเขาหมายความว่าเวลาเปิดและปิดของทรานซิสเตอร์ในการกำหนดค่านั้นนานเกินไป

"นานเกินไปเมื่อเทียบกับอะไร" คุณอาจถามและนี่คือคำถามที่สำคัญที่สุดที่จะถาม เวลาเปิด / ปิดที่ต้องการขึ้นอยู่กับหลาย ๆ ด้านซึ่งฉันไม่ต้องการเข้าไป ตัวอย่างเช่นคิดว่าการขับทรานซิสเตอร์ด้วยคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นระยะมีรอบการทำงาน 50% และระยะเวลา 10 มิลลิวินาที คุณต้องการให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในระหว่างเฟสสูงและดับในระหว่างเฟสต่ำของสัญญาณ ทีนี้ถ้าเวลาเปิดของทรานซิสเตอร์ในการกำหนดค่าจะเป็น 10ms เป็นที่ชัดเจนว่าสัญญาณสูง 5ms จะไม่เพียงพอที่จะเปิดมัน การกำหนดค่าที่กำหนดมี "ความสามารถของไดรฟ์เกตไม่ดี"

เมื่อคุณใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อเปิด LED คุณไม่ได้ใช้ความถี่ในการสลับสูงใช่ไหม? ในกรณีนี้เวลาเปลี่ยนของทรานซิสเตอร์ไม่ได้มีความสำคัญมากนัก - คุณแค่อยากจะเห็นว่าสวิตช์เปิด / ปิดในที่สุด

สรุป:

"ความสามารถของไดรฟ์เกต" ไม่สามารถทำได้ดีหรือไม่ดีโดยทั่วไป แต่ก็ดีพอสำหรับแอปพลิเคชันของคุณหรือไม่ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนเวลาที่คุณต้องการบรรลุ

เพื่อลดเวลาในการสลับคุณอาจทำสิ่งต่อไปนี้:

  • ลดความต้านทานต่อประตู
  • เพิ่มแรงดันไฟฟ้า / พิกัดกระแสของวงจรการขับขี่

ไม่มีอะไรที่คุณสามารถทำได้เกี่ยวกับความจุของเกท - มันเป็นคุณสมบัติในตัวของทรานซิสเตอร์

หวังว่านี่จะช่วยได้


2
คุณสามารถควบคุมความจุประตูได้: เลือก MOSFET อื่น
helloworld922

@ helloworld922 แน่นอน
Vasiliy

1
ผมคิดว่าภาพที่ 2 เป็นบิตสับสนเพราะในที่สุด MOSFETS แหล่งที่มาและร่างกายมีการเชื่อมต่อ กระนั้นภาพก็แสดงประจุที่ตรงกันข้ามกับแหล่งกำเนิดและตัวกล้อง มันแสดงให้เห็นถึงจุดประจุที่ดี แต่อาจไม่เป็นจริง
ฟิลฟรอสท์

1

ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อ MOSFET เปิด / ปิดเครื่องที่ความถี่สูง ความจุมิลเลอร์ที่นำเข้าสู่เกต (Cgs) มีบทบาทสำคัญดังนั้นการชาร์จ / ปล่อยประจุนี้ที่ความถี่สูงต้องมีกระแสเกินกว่า 1A ที่ต้องฉีดเข้าไปในเกท

ที่ DC และการทำงานคงที่อย่างไรก็ตามวงจรไดรฟ์ "เห็น" โหลดความต้านทานสูงมากและสามารถเปิด / ปิด MOSFET ได้อย่างง่ายดาย เพียงเพื่อทดสอบและตรวจสอบเพิ่มความถี่ของพิน GPIO ในแผนผังที่แสดงและดูรูปคลื่นบน Gate ของ MOSFET

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.