确定MOSFET的开关速度


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在给定的Qg(栅极电荷),Vgs(GS结电压)和栅极电阻的情况下,如何确定MOSFET的开关速度?如何确定门极电阻的所需值?

Answers:


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从驱动电路的角度来看,栅极就像源极的电容器。它实际上也对漏极具有一定的电容,但这已在总栅极电荷图中考虑到了。您知道栅极必须改变的电压以及完成此过程必须转移的电荷。从那里可以很容易地计算出等效电容:Farads = Couloumbs / Volt。一旦有了电容,R * C时间常数就可以使您知道,在栅极电阻另一侧的阶跃输入下,栅极将以多快的速度摆摆。例如,要达到最终栅极电压的90%,需要2.3个时间常数。

当FET实际上“开关”时,就比较棘手。在特定的栅极电压下,FET不会突然从全关变为全开,但存在一个栅极电压,在该电压下,很小的增量变化将使FET输出特性的差异最大。您必须确定“开关”的实际开启和关闭程度,然后确定代表的栅极电压范围。然后,您可以使用等效的RC模型来确定阶跃输入将使其在该区域内摆动的速度。例如,如果您决定大多数切换发生在栅极电压的20%到80%之间,那将是1.4个时间常数。


很棒的答案,谢谢。为什么不使用零电阻的栅极电阻?
Dor

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奥林:这不太正确;栅极电容随电压非线性变化,很难计算。
詹森·S

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@Jason:是的,实际电容会因条件而异,但制造商会告诉您最坏的情况。我应该更清楚地说明这一点。
奥林·拉斯洛普

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当栅极电压稳定在阈值电压Vgsth时发生大部分的开关动作,此时漏极电压迅速下降,所谓的米勒效应将阈值保持在那里,直到漏极达到最小值:

在此处输入图片说明

(来自https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf

仅举一个实际的例子,假设您有一个IRL540N,它是使用5V电源和100欧姆串联电阻驱动的。

栅极阈值指定为1至2V。这意味着栅极充电电流为30-40mA。规定的总栅极电荷为<74nC,因此您要说的最大开关时间为t = Qmax / Imin = 74nC / 30mA = 2.47usec。

为什么不使用零电阻的栅极电阻?

几个原因:

  • MOSFET中的寄生源极电感会引起高频振荡,或者至少是高度欠阻尼的导通

  • 由于EMI的原因,您通常希望适当地调整开启时间。

  • 在半桥栅极驱动器中,通常会使用一个与导通电阻并联的二极管,这样关断很快,但导通很慢。否则,出于超出本文范围的原因,您可以直击。(如果有时间,我将为此写一篇博客文章,并发布一个链接。)


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伟大而详尽的答案,谢谢。“如果有时间,我会写一篇关于它的博客文章,并发布一个指向它的链接”-当然:)。一件事-为什么栅极充电电流为30-40mA?为什么5v / 100ohm = 50mA?
Dor

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因为I =(Vs = 5V-Vgate)/ R,并且大多数情况下栅极位于Vgsth = 1-2V。
詹森·S,

(1)可以,但是为什么要驱动源?为什么不开车排泄,这是更常见的?(2)从图中可以看出,Vgs = Vgsth暂时,但是继续上升到施加的Vgs电压(更高)。它保持在那里直到Vds等于零。我在这里想念什么?:s
Dor

您不想驱动MOSFET的源极,而是想要通过串联电阻使用电压源(不要与MOSFET的源极引脚混淆)来控制Vgs。
詹森·S

@JasonS TI的注释链接slup097已死。想要分享更新的资源?我找不到它。
凯尔·亨特
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