Wie kann ich die Schaltgeschwindigkeit eines MOSFET mit gegebenem Qg (Gate-Ladung), Vgs (GS-Sperrschichtspannung) und Gate-Widerstand bestimmen? Wie soll ich den erforderlichen Wert des Gate-Widerstands ermitteln?
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Aus Sicht der Ansteuerschaltung sieht das Gate für die Quelle wie ein Kondensator aus. Es hat tatsächlich auch eine gewisse Kapazität zum Drain, aber dies wurde in der Gesamtzahl der Gate-Ladungen berücksichtigt. Sie kennen die Spannung, die das Gate ändern muss, und die Ladung, die übertragen werden muss, um dies zu erreichen. Von dort aus ist es einfach, die äquivalente Kapazität zu berechnen: Farads = Couloumbs / Volt. Sobald Sie die Kapazität haben, gibt Ihnen die R * C-Zeitkonstante eine Vorstellung davon, wie schnell sich das Gate bei einem Stufeneingang auf der anderen Seite des Gate-Widerstands dreht. Um beispielsweise 90% der endgültigen Gate-Spannung zu erreichen, sind 2,3 Zeitkonstanten erforderlich.
Wenn der FET tatsächlich "schaltet", ist dies schwieriger. Der FET geht bei einer bestimmten Gate-Spannung nicht plötzlich von voll aus auf voll ein, aber es gibt eine Gate-Spannung, bei der eine kleine inkrementelle Änderung den größten Unterschied in der FET-Ausgangskennlinie bewirkt. Sie müssen entscheiden, wie voll ein und wie voll aus "Schalten" wirklich bedeutet, und dann entscheiden, welchen Gate-Spannungsbereich dies darstellt. Anschließend können Sie anhand des entsprechenden RC-Modells entscheiden, wie schnell eine Stufeneingabe dazu führt, dass sie sich über diesen Bereich bewegt. Wenn Sie beispielsweise entscheiden, dass der größte Teil der Umschaltung zwischen 20% und 80% der Gate-Spannung erfolgt, sind dies 1,4 Zeitkonstanten.
Der Großteil der Schaltaktion findet statt, wenn die Gate-Spannung bei der Schwellenspannung Vgsth ein Plateau erreicht. An diesem Punkt fällt die Drain-Spannung schnell ab und der sogenannte Miller-Effekt hält die Schwelle dort, bis der Drain sein Minimum erreicht:
(von http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf )
Nehmen wir als praktisches Beispiel an, Sie haben einen IRL540N , den Sie mit einer 5-V-Quelle mit einem Serienwiderstand von 100 Ohm betreiben .
Die Gate-Schwelle liegt zwischen 1 und 2 V. Dies bedeutet, dass der Gate-Ladestrom 30-40 mA betragen würde. Die gesamte Gate-Ladung ist auf <74 nC festgelegt, sodass es sich um eine maximale Schaltzeit von t = Qmax / Imin = 74 nC / 30 mA = 2,47 usec handelt.
Mehrere Gründe:
Die Induktivität der parasitären Quelle im MOSFET kann hochfrequente Schwingungen oder zumindest einen stark unterdämpften Turnon verursachen
Im Allgemeinen möchten Sie die Einschaltzeit aus EMI-Gründen entsprechend einstellen.
Und bei einem Halbbrücken-Gate-Antrieb verwenden Sie normalerweise eine Diode parallel zum Einschaltwiderstand, damit das Ausschalten schnell und das Einschalten langsam erfolgt. Andernfalls können Sie aus Gründen, die über den Rahmen dieses Beitrags hinausgehen, durchschießen. (Wenn ich Zeit habe, schreibe ich einen Blogeintrag darüber und poste einen Link dazu.)
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