Determinar a velocidade de comutação MOSFET
Respostas:
Do ponto de vista do circuito de acionamento, o portão parece um capacitor para a fonte. Na verdade, ele também possui alguma capacitância para o dreno, mas isso foi levado em consideração no valor total da carga do portão. Você sabe a tensão que o portão deve mudar e a carga que deve ser transferida para isso. A partir daí, é simples calcular a capacitância equivalente: Farads = Couloumbs / Volt. Depois de ter a capacitância, a constante de tempo R * C dá uma idéia de quão rápido o gate será girado, dada uma entrada de passo no outro lado do resistor do gate. Para atingir 90% da tensão final do gate, por exemplo, são necessárias 2,3 constantes de tempo.
Quando o FET realmente "muda" é mais complicado. O FET não repentinamente passará de cheio a cheio em uma tensão de porta específica, mas há uma tensão de porta na qual uma pequena alteração incremental fará a maior diferença na característica de saída do FET. Você tem que decidir o quanto realmente significa "ligar" e desligar completamente e, em seguida, decidir qual faixa de tensão de porta representa. Em seguida, você pode usar o modelo RC equivalente para decidir com que rapidez uma entrada de etapa fará com que ela se espalhe por essa região. Por exemplo, se você decidir que a maior parte da comutação ocorre entre 20% e 80% da tensão do portão, isso seria 1,4 constantes de tempo.
A maior parte da ação de comutação ocorre quando os platôs de tensão do portão na tensão limiar Vgsth, momento em que a tensão de dreno cai rapidamente e o chamado efeito Miller mantém o limiar lá até que o dreno atinja seu mínimo:
(de https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf )
Apenas para um exemplo prático, digamos que você tenha uma IRL540N que esteja dirigindo com uma fonte de 5V com resistência em série de 100 ohms.
O limiar do gate é especificado entre 1 e 2 V. Isso significa que a corrente de carregamento do gate seria 30-40mA. A carga total do gate é especificada em <74nC, então você está falando de um tempo máximo de comutação de t = Qmáx / Imin = 74nC / 30mA = 2,47usec.
Por que não se usaria um resistor de porta com resistência zero?
Várias razões:
A indutância da fonte parasitária no MOSFET pode causar oscilações de alta frequência ou, pelo menos, um turnon altamente subestimado
Você geralmente deseja ajustar o tempo de ativação adequadamente por motivos EMI.
E em um inversor de meia ponte, você geralmente usa um diodo em paralelo com o resistor de ativação, para que o desligamento seja rápido, mas lento. Caso contrário, você poderá obter informações detalhadas, por razões além do escopo desta postagem. (Se eu tiver tempo, escreverei uma entrada de blog sobre isso e postarei um link para ela.)