Was ist die MOSFET-Gate-Treiberfähigkeit und warum ist sie mir wichtig?

Die Antwort steht am Ende, aber für den Fall, dass Sie mit dem Konzept des MOS-Kondensators nicht vertraut sind, werde ich einen kurzen Überblick geben.

MOS-Kondensator:

Das Gate des MOSFET-Transistors ist im Wesentlichen ein Kondensator. Wenn Sie an diesen Kondensator eine Spannung anlegen, reagiert er, indem er eine elektrische Ladung ansammelt:

Die auf der Gate-Elektrode angesammelte Ladung ist nutzlos, aber die Ladung unter der Elektrode bildet einen leitenden Kanal, der einen Stromfluss zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen ermöglicht:

Der Transistor schaltet EIN, wenn die in diesem Kondensator gespeicherte Ladung merklich wird. Die Gate-Spannung, bei der dies geschieht, wird als Schwellenspannung bezeichnet (im Wesentlichen ist es die Gate-zu-Körper-Spannung, die hier relevant ist, aber nehmen wir an, dass der Körper als Nullpotential definiert ist).

Wie Sie vielleicht wissen, dauert das Laden eines Kondensators über einen Widerstand einige Zeit (es ist immer ein gewisser Widerstand vorhanden, auch wenn der Schaltplan keine Widerstände enthält). Diese Zeit hängt sowohl vom Wert des Kondensators als auch des Widerstands ab:

Wenn wir alle obigen Aussagen zusammenfassen, erhalten wir:

• Das Gate des Transistors ist ein Kondensator, der über einen Widerstand aufgeladen werden sollte, damit der Transistor "einschaltet".
• Je höher die Eingangskapazität des Gates ist, desto länger dauert es, den Transistor einzuschalten
• Je höher der Widerstand zwischen der Spannungsquelle und dem Gate ist, desto länger dauert es, den Transistor einzuschalten
• Je höher die extern angelegte Spannung ist, desto kürzer dauert es, den Transistor einzuschalten.

Die Antwort:

Wenn Leute von "schlechter Gate-Treiberfähigkeit" sprechen, meinen sie, dass die Einschalt- und Ausschaltzeiten des Transistors in einer bestimmten Konfiguration zu lang sind.

"Zu lang im Vergleich zu was?" fragen Sie sich vielleicht, und das ist die wichtigste Frage. Die erforderlichen Ein-/Ausschaltzeiten hängen von vielen Aspekten ab, auf die ich nicht eingehen möchte. Stellen Sie sich als Beispiel vor, den Transistor mit einer periodischen Rechteckwelle mit 50 % Tastverhältnis und einer Periode von 10 ms anzusteuern. Sie möchten, dass der Transistor während der High-Phase EIN und während der Low-Phase des Signals AUS ist. Wenn nun die Einschaltzeit des Transistors in einer gegebenen Konfiguration 10 ms beträgt, ist es klar, dass 5 ms des Hochphasensignals nicht ausreichen werden, um ihn überhaupt einzuschalten. Die gegebene Konfiguration hat "schlechte Gate-Treiberfähigkeit".

Als Sie den Transistor zum Einschalten der LED verwendet haben, haben Sie keine hohen Schaltfrequenzen verwendet, oder? In diesem Fall war die Schaltzeit des Transistors nicht von großer Bedeutung - Sie wollten nur sehen, dass er schließlich ein- / ausschaltet.

Zusammenfassung:

"Gate-Drive-Fähigkeit" kann im Allgemeinen nicht gut oder schlecht sein, aber entweder gut genug für Ihre Anwendung oder nicht. Abhängig von den zu erreichenden Schaltzeiten.

Um die Schaltzeiten zu verkürzen, können Sie Folgendes tun:

• Reduzieren Sie den Widerstand gegen das Tor
• Erhöhen Sie die Spannungs-/Stromnennwerte der Treiberschaltung

Sie können nichts gegen die Kapazität von Gate tun - sie ist eine eingebaute Eigenschaft des Transistors.

Hoffe das hilft

Das Problem entsteht, wenn MOSFETs mit einer relativ hohen Frequenz EIN/AUS geschaltet werden sollen. Die in das Gate eingeführte Miller-Kapazität (Cgs) spielt dann eine wichtige Rolle, so dass das Laden/Entladen dieser Kapazität bei einer hohen Frequenz Ströme von mehr als 1A erfordert, um in Gate injiziert zu werden.

Bei DC- und statischem Betrieb "sieht" die Treiberschaltung jedoch eine sehr hochohmige Last und kann den MOSFET leicht ein- und ausschalten. Erhöhen Sie zum Testen und Verifizieren die Frequenz des GPIO-Pins im gezeigten Schema und beobachten Sie die Wellenform am Gate des MOSFET.