Ist die MOSFET-Gate-Schwellenspannung eine Grenze oder eine minimale "Full-on" -Schaltspannung?

Die Gate-Source-Schwellenspannung ist die Spannung, die erforderlich ist, um (normalerweise) 100 uA Strom in den Drain zu leiten. Verschiedene MOSFETs haben unterschiedliche Definitionen und einige Geräte definieren die Schwellenspannung bei bis zu 1 mA Drainstrom.

Es ist ein ziemlich nützlicher Vergleichsindikator dafür, wie ein bestimmtes Gerät funktionieren könnte, wenn es ein geeignetes Logikpegelsignal erhält, aber es ist immer am besten, das Datenblatt zu überprüfen. Typisch könnten Sie das finden: -

Sie sehen v$_{GST}$bewirkt, dass sehr wenig Strom fließt, aber wenn Sie die Gate-Spannung darüber erhöhen, werden Sie sehen, dass das Gerät viel mehr Strom leitet.

Normalerweise beträgt die maximale Nennspannung für MOSFET-Gates +/- 20 V, sodass zwischen Betriebs- und Schadensniveau ein ziemlicher Spielraum besteht.

Wie Andy sagt, entspricht V _GS(th) , dh die Schwellen-Gate-Source-Spannung, einem niedrigen Strom, wenn der MOSFET kaum einschaltet und Rds immer noch hoch ist.

Aus Benutzer-/Einkaufssicht ist das, wonach Sie suchen möchten, ein garantierter (und niedriger) Rds(on) für einen bestimmten V _GS , den Sie in Ihrer Anwendung verwenden möchten. Leider haben Sie in Ihrer Frage keine Datenblätter verlinkt oder bestimmte Teile genannt, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass der garantierte niedrige Rds (on) für Ihren MOSFET nur bei 4-5 V angegeben ist.

Auch der MOSFET "heizt / brennt" bei höheren V _GS nicht, solange Sie das maximal zulässige Maximum nicht überschreiten. Tatsächlich ist es besser, mit einer möglichst hohen V _{GS zu fahren, um sicherzustellen, dass sie voll eingeschaltet ist.}

Beispielsweise hat der MOSFET FDD24AN06LA0_F085 eine V _GS(th) zwischen 1 und 2 V, aber der Drain-Strom an diesem Punkt beträgt garantiert nur 250 µA, was wahrscheinlich viel zu niedrig ist, um nützlich zu sein. Andererseits versprechen sie "rDS(ON) = 20mΩ (Typ.), VGS = 5V, ID = 36A". Daher verwenden Sie diesen MOSFET normalerweise mit einer V _GS von 5 V oder mehr. _{Außerdem sollte V GS} für diesen MOSFET 20 V nicht überschreiten (oder unter -20 V fallen), da er sonst beschädigt wird. Aber alles in diesem Bereich ist in Ordnung.

Hier sind die relevanten Bits des Datenblatts:

Welches ist detailliert als:

Bewertungen nicht überschreiten:

Erwähnenswert ist auch der Graph von Rds(on) gegenüber Vgs und Drain-Strom:

Im Allgemeinen haben die versprochenen niedrigen Rds(on) eine ziemlich spezielle Testbedingung (wie einen bestimmten Arbeitszyklus). Als Faustregel verdopple ich es gegenüber dem, was im Datenblatt versprochen wird.

• Lassen Sie sich nicht zwischen Gate Threshold Voltage (Vth)und verwechseln Gate-Source Voltage(Vgs). Vth ist eine inhärente Eigenschaft des MOSFET, während Vgs ein Eingang zum MOSFET ist. Immer wenn der Eingang kleiner als der gewünschte Pegel ist, dh wann immer Vgs < Vth, ist der MOSFET ausgeschaltet. Um den MOSFET einzuschalten, müssen Sie Vgs > Vth anlegen.

• Vth ist etwas, das während des MOSFET-Herstellungsprozesses bestimmt wird. Aufgrund praktischer Bedingungen und Herstellungsfehler erhalten Sie jedoch niemals eine perfekte Konstante Vth für einen MOSFET. Somit gibt es immer einen Bereich von Vth. Vth von 1-2 V bedeutet, dass die Schwellenspannung Ihres MOSFET im Bereich von 1-2 V variiert.

• Also, was ist Vgs? Vgs ist die tatsächliche Gate-Spannung, die Sie an das Gate des MOSFET anlegen. Um den MOSFET einzuschalten, sollten Sie Vgs > Vth anlegen. Beachten Sie jedoch, dass der maximale Drainstrom mit Vgs variiert. Denken Sie also nicht, dass Sie beim Anlegen Vgs = Vth(min)erwarten können, dass der maximale Drain-Nennstrom durch den MOSFET fließt. Bei Vgs = Vthschaltet sich der MOSFET lediglich ein und ist nicht in der Lage, einen großen Drain-Strom durchfließen zu lassen.

• Warum gibt es eine Höchstgrenze für Vgs? Die Gate-Source-Spannung ist für die Bildung eines Kanals unter dem Gate verantwortlich. Das durch diese Spannung erzeugte elektrische Feld zieht die Elektronen zum Gate, das schließlich den Kanal für den Stromfluss zwischen Source und Drain bildet. Um Leckströme zu vermeiden, befindet sich unter dem Gate-Anschluss eine dünne Isolierschicht – Gate-Oxid. Diese SiO2-Schicht macht MOSFETs zu etwas Besonderem (ein Thema, das den Rahmen dieser Diskussion sprengen würde). Der Punkt ist, dass jede dielektrische / isolierende Schicht nur einer bestimmten maximalen Kraft standhalten kann. Darüber hinaus bricht das Dielektrikum/Isolator durch und verhält sich wie ein Kurzschluss. Also, wenn Sie sich bewerbenVgs > Vgs(max), wird ein starkes elektrisches Feld erzeugt, das eine Kraft erzeugt, die höher ist als das, was die Oxidschicht handhaben kann. Infolgedessen bricht die Gate-Oxidschicht zusammen und schließt die Schichten kurz, die sie isolieren sollte. Der Durchbruch einer Dielektrikum-/Isolatorschicht erzeugt eine Schwachstelle, auch bekannt als Hotspot, auf der Schicht selbst, und als Ergebnis beginnt Strom durch die Schwachstelle zu fließen. Dies führt zu einer lokalisierten Erwärmung und einem Anstieg des Stroms, was die Erwärmung weiter erhöht. Dieser Zyklus setzt sich fort und führt schließlich zum Schmelzen des Siliziums, des Dielektrikums/Isolators und anderer Materialien an der heißen Stelle.