¿Cómo puedo determinar la velocidad de conmutación de un MOSFET, con Qg (carga de puerta), Vgs (voltaje de unión GS) y resistencia de puerta? ¿Cómo debo determinar el valor requerido de la resistencia de compuerta?
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Desde el punto de vista del circuito de conducción, la puerta se ve como un condensador a la fuente. En realidad, también tiene cierta capacidad para el drenaje, pero eso se ha tenido en cuenta en la cifra de carga total de la puerta. Usted sabe el voltaje que debe cambiar la puerta y la carga que debe transferirse para lograrlo. A partir de ahí, es simple calcular la capacitancia equivalente: Faradios = Couloumbs / Volt. Una vez que tenga la capacitancia, la constante de tiempo R * C le da una idea de qué tan rápido se moverá la puerta dada una entrada escalonada en el otro lado de la resistencia de la puerta. Para alcanzar el 90% del voltaje final de la puerta, por ejemplo, se necesitan 2.3 constantes de tiempo.
Cuando el FET realmente "cambia" es más complicado. El FET no pasará repentinamente de completamente apagado a un voltaje de compuerta particular, pero hay un voltaje de compuerta en el que un pequeño cambio incremental hará la mayor diferencia en la característica de salida del FET. Usted tiene que decidir qué tan lleno significa realmente "encendido" y qué tan apagado significa "conmutación", y luego decidir qué rango de voltaje de compuerta representa. Luego, puede usar el modelo RC equivalente para decidir qué tan rápido una entrada escalonada hará que gire en esta región. Por ejemplo, si decide que la mayor parte de la conmutación ocurre entre el 20% y el 80% del voltaje de la puerta, entonces eso sería 1.4 constantes de tiempo.
La mayor parte de la acción de conmutación ocurre cuando el voltaje de la compuerta se estabiliza en el voltaje umbral Vgsth, en ese punto el voltaje de drenaje cae rápidamente y el llamado efecto Miller mantiene el umbral allí hasta que el drenaje alcanza su mínimo:
(de https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf )
Solo por un ejemplo práctico, digamos que tiene un IRL540N que está manejando con una fuente de 5V con resistencia de serie de 100 ohmios.
El umbral de la puerta se especifica entre 1 y 2 V. Esto significa que la corriente de carga de la puerta sería de 30-40 mA. La carga total de la puerta se especifica a <74nC, por lo que está hablando de un tiempo de conmutación máximo de t = Qmax / Imin = 74nC / 30mA = 2.47usec.
Muchas rasones:
La inductancia de la fuente parásita en el MOSFET puede causar oscilaciones de alta frecuencia, o al menos un turno altamente amortiguado
Por lo general, desea ajustar el tiempo de encendido de manera adecuada por razones EMI.
Y en una unidad de compuerta de medio puente, generalmente usa un diodo en paralelo con la resistencia de encendido para que el apagado sea rápido pero el encendido sea lento. De lo contrario, puede obtener disparos, por razones más allá del alcance de esta publicación. (Si tengo tiempo, escribiré una entrada de blog sobre eso y publicaré un enlace).
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