題:
MOSFET:什麼時候不能假定柵極電流為0?
Andres Riofrio
2012-05-10 09:40:33 UTC
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在學習電氣工程學時,您會聽到一個普遍的經驗法則,那就是MOSFET的柵極電流總是大約 。何時不安全地假定它為0?

根據設計圖,FET柵極可能具有上拉/下拉電阻,其電阻大於柵極洩漏電流。
六 答案:
madrivereric
2012-05-10 10:09:40 UTC
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在瞬態條件下,柵極電流將不為零,因為您需要對柵極電容充電(或放電),並且這需要電流。柵極電流越大,柵極電壓變化越快,器件切換越快。開關轉換完成後,柵極電流將接近零(主要是洩漏電流)。

對於低開關(PWM)頻率,均方根柵極電流將較低。更高的開關頻率將增加均方根電流。

這個答案的各個方面都給人一種非常強烈的似曾相識感:-)
“更高的開關頻率將增加*電流絕對值的平均值*”。平均電流與頻率無關。
這個答案的各個方面都給人以強烈的似曾相識感:-) :-)
@Telaclavo-在任何足夠的時間段內,平均電流都將獨立於頻率,因為它(理想情況下)為零。任何非零值都將意味著電荷會不斷積累,而門無法存儲無休止的電荷供應,但是絕對值卻不會。更高的頻率意味著相同的電荷以更高的速率(即更高的絕對電流)在柵極之間移動。
@Telaclavo-不錯的收穫;我將平均值更改為均方根...
Russell McMahon
2012-05-10 10:01:55 UTC
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最重要的例外通常不是靜態洩漏,而是在對柵極電容進行充電或放電以使其導通或關斷時。

通常需要大約0.1到1安培的門電流來在有用的快速時間內對柵極電容進行充電和放電。

太快會導致額外的損失。
太慢會導致FET在關斷和硬導通之間處於活動電阻狀態,並且耗散相對於正確設計可以實現的大量能量。

這就是為什麼需要柵極驅動器的原因,並且即使在很好地滿足電壓要求的情況下,也不能僅通過通常能夠提供1至30 mA電流的微控制器引腳來驅動MOSFET柵極。 >

_______________________________-

相關-MOSFET柵極驅動電流:

通常不希望以10 kHz以上的頻率開關MOSFET可能需要柵極驅動電流在0.1A-1A範圍內,以實現足夠的開關時間-視應用情況而定。在該範圍的高端,柵極驅動的頻率通常為10的許多倍。

MOSFET數據表規定了柵極電荷和柵極電容。電容通常在“幾毫微法拉”範圍內,柵極電荷通常為幾十毫微庫侖,而輸入電容通常為毫微法則或很少。

使用Digikeys參數選擇器I只是60-100 V Vds和10-20 Amp Ids的N溝道MOSFET的子集。
柵極電荷低至3.4 nC,輸入電容= 256 pF,
>高達225 nC,輸入電容為5700 pF
,底部中位數四分位數= 18 nC和870 pF,
頂部中位數四分位數= 46 nC和1200 pF

電荷必須為“泵入和流出柵極電容。
如果您以10 kHz的速度進行PWM,則1個週期= 100 uS,因此您希望切換時間只是其中的一小部分。如果要對零或從零到幾個nF充電或放電(通常為3V到12V),則必須具有至少100 mA的驅動電流。

1庫侖= 1安培秒,因此10 nC需要0.01 uS的平均值為1 A或0.1 uS的平均值為0.1A。上面帶有225 nC柵極電荷的可怕的離群MOSFET在1A時將花費0.225 uS,在0.1A時將花費2.25 uS。該FET比大多數FET差很多的原因是我“很特別-這是一個 100V 16A耗盡型器件,該器件通常在沒有柵極電壓的情況下導通,並且需要負柵極電壓才能將其關閉。但是,仍然可以通過這個60V,20A部分具有100+ nC柵極電荷來“捕捉”。

這個更普通的60V 14A部分 >具有最大18 nC的柵極電荷,以10 mA的電流從微控制器端口引腳驅動它,將需要!1.8 uS為柵極電容器充電-可能在10 kHz時可接受,而在100 kHz時非常差。 “適當驅動”時為110和41 nS,您希望將其切換到接近其上限的任何位置要比〜2 uS柵極充電時間更好。

示例:

200 nS高端柵極驅動器:

該電路的來源不確定-我認為是通過PICList成員。可以檢查是否有人在乎。請注意,該電路比“可能”更為智能。顯而易見。(奧林喜歡輸入排列耳鼻喉科)。 R14上的〜= 3V擺幅導致R15大約擺動15V,因此Q14 / Q15基極從+ 30V擺動至大約+ 15V,如果高端柵極驅動至P溝道MOSFET,則提供〜15V。

enter image description here

您要描述哪種類型的MOSFET? (回复:“ ...通常是必需的...”。)
@tyblu-幾乎任何類型的功率MOSFET開關都比微不足道的電流多。說幾百毫安。查看數據手冊中的柵極電荷和柵極電容。該電荷必須“抽出”到柵極電容中或從柵極電容中抽出。如果您以10 kHz的速度進行PWM,則1個週期= 100 uS,因此您希望切換時間只是其中的一小部分。如果要對幾個NF充電或從零放電至典型的3V至12V,則必須具有至少100 mA的驅動電流。
嗯,功率FET。習慣於<500mA Ids,其中輸入<1nF。請注意,數據手冊中規定的柵極電容始終處於特定頻率(例如1MHz)。
stevenvh
2012-05-10 09:52:28 UTC
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檢查數據表。對於此MOSFET,他們指定了柵極到源極的最大洩漏電流100nA。例如,如果從運算放大器驅動FET,則可能會忽略這一點。如果您使用的靜態電壓電荷很低,則100nA可能會太大。這完全取決於您的應用,但是在大多數情況下,此靜態電流可以忽略不計。導通和關斷將導致更大的電流峰值,以充放電柵極的電容。

Kaz
2012-05-10 09:50:19 UTC
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假設的情況:假設您想對非常微小的電荷所產生的電壓進行檢測/檢測。 (即使很小的電流也可能通過很高的阻抗消耗掉電荷。)

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2012-05-10 15:04:38 UTC
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有些波形表明了大型MOSFET的某些瞬態特性。柵極電流在切換期間變高,並且可能導致此處的柵極驅動電壓下降。 (黑線)timing test schema

柵極電流是該圖中未顯示的內容之一,是嗎? \ $ V_ {GG} \ $是什麼?
該圖很好,但需要更多註釋...
Adam Lawrence
2012-05-10 16:56:43 UTC
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我認為這種概括是根據理想放大應用將MOSFET與BJT進行比較得出的。

“ BJT是一種電流控制設備(基極電流控制集電極電流,基極電壓箝位到就像老師說的那樣,而MOSFET是跨導器件(基極電流可忽略不計,基極電壓控制集電極電流)。

當您談論“穩態”放大器時(沒有硬開關或偏置中的大幅度波動)“零基極電流”的假設足以使您進行有意義的工作。

當您介紹高頻硬開關時,正如其他人指出的那樣MOSFET的固有電容支配了該行為(即,汲取的基極電流是柵極電容充電和放電的函數),因此“零電流”假設無效。



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