Cálculo da resistência do pulldown para um determinado portão do MOSFET

Pesquisei e li muitas perguntas semelhantes, mas não encontrei uma resposta específica sobre como calcular o valor correto de um resistor de pulldown para o portão flutuante de um MOSFET. Parece que todo mundo se esquiva da pergunta com 1K, 10K ou 100K "deve funcionar".

Se eu tivesse um N-Channel IRF510 e eu estava indo para executar o portão de 9V para mudar a $V_{DS}$ de 24V a 500mA, qual o valor que devo usar para resistor suspenso do portão e como você calcular esse valor?

Aqui é uma maneira quantitativa para determinar os limites do aceitável terminação portão resistência $R_g$ para poder MOSFETs.

Essa será uma abordagem preguiçosa e preguiçosa ( $L^3$ ). Tão:

• Modelo FET muito simples, apenas , C gs e R g incluídos. $C_{\text{gd}}$$C_{\text{gs}}$$R_g$
• Capacitores FET considerados lineares.
• A porta FET foi puxada para a fonte através de .$R_g$
• forçando a tensão não mais complicada do que uma rampa linear será usada. $V_{\text{ds}}$

A intenção de uma abordagem ( ) é obter o máximo de insight / utilidade com o mínimo esforço, usando um modelo o mais simples possível, mas ainda significativo. $L^3$

O modelo é um divisor capacitivo simples com tração resistiva. foi resolvido no domínio da frequência e depois Laplace inverso transformado no domínio do tempo. $V_{\text{gs}}$

Três condições operacionais são analisadas usando este modelo:

1. Uma voltagem aparece no dreno para a fonte enquanto = ∞ . Esta é uma condição que nunca deve ocorrer em um circuito real, mas é instrutiva para pensar. $R_g$$\infty$
2. A porta é terminada na fonte através de com algum valor finito, enquanto qualquer alteração em V ds é lenta e pouco frequente. Todo FET em uso passa algum tempo nessa condição. Por exemplo, durante a inicialização, todos os FETs passam por um período em que devem estar desligados e qualquer alteração de V ds ocorre durante mili-segundos. Durante esse tipo de operação, o FET é essencialmente um dispositivo passivo. $R_g$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$
3. $R_g$

$R_g$$\infty$

$R_g$$\infty$

$V_{\text{gs}}$$\frac{C_{\text{gd}} V_{\text{ds}}}{C_{\text{gd}}+C_{\text{gs}}}$

$V_{\text{gs}}$$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{gs}}$

$V_{\text{ds-max}}$
$C_{\text{gd}}$$C_{\text{rss}}$
$C_{\text{gs}}$$C_{\text{ciss}}$$C_{\text{gd}}$
$V_{\text{gth-min}}$

$V_{\text{gs}}$

$R_g$

$R_g$

$V_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}} V_{\text{dsSlp}} R_g \left(1-e^{-\frac{t}{R_g \left(C_{\text{gd}}+C_{\text{gs}}\right)}}\right)$

$V_{\text{dsSlp}}$$V_{\text{ds}}$$R_g$$V_{\text{gs}}$

$V_{\text{ds}}$$R_g$

Por que perder tempo olhando isso? Se isso é tudo o que existe, todos podemos rolar, voltar a dormir e ser felizes. Mas há muito mais, então vamos ver um pouco disso a seguir.

$R_g$

$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$

$V_{\text{gs}}$$\text{(20pF) }\text{(25V/50nsec) }\text{Rg} \left(1-e^{-\frac{\text{50 nsec}}{\text{(20pF + 115pF)} \text{ Rg}}}\right)$

$R_g$$V_{\text{gs}}$$R_g$

$R_g$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$$V_{\text{ds}}$

$V_{\text{ds}}$

$R_g$

$R_g$

$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$

Para um circuito ressonante LC de série:

$\frac {Z_o} {R}$$Z_o$$\sqrt {\frac {L} {C}}$

$C_{\text{gs}}$$Z_o$$R_g$$Z_o$$R_g$$Z_o$

Algumas coisas a ter em mente

• $R_g$
• $R_g$$R_g$$R_{g-\max }$R g - $R_g$$R_{g-\min }$
• Todos os FETs mostram efeitos dV / dt, especialmente peças de tecnologia mais antigas.

Considere esse como o conhecimento mínimo necessário sobre a resistência do circuito de porta nos MOSFETs.

1 kΩ, 10 kΩ ou 100 kΩ deve funcionar.

Pense sobre qual é o objetivo de uma lista suspensa e quando é importante. Durante a operação normal, o portão geralmente é acionado ativamente nos dois sentidos. Um resistor de pulldown não faz nada de útil e o melhor não atrapalha.

Geralmente, o objetivo de um pulldown é manter o FET desligado durante a inicialização, enquanto o circuito de acionamento do portão ativo é de alta impedância. Isso pode acontecer, por exemplo, se o portão estiver sendo acionado diretamente a partir de um pino do microcontrolador. Pode demorar 10 segundos antes que o relógio do micro comece a funcionar e execute as instruções que colocam o pino em um estado de saída conhecido. Isso pode ser ruim se o FET só estiver ativado por alguns µs por vez para impedir que algum indutor sature, por exemplo. Nesses casos, não apenas o FET acordar pode causar corrente excessiva, mas essa corrente excessiva pode realmente impedir que a fonte suba até o fim, travando essencialmente o circuito no modo de alavanca por tempo indeterminado.

Então, quais são os critérios para decidir o valor da lista suspensa? Por um lado, a resistência precisa ser baixa o suficiente para que o portão seja descarregado no tempo e possa ser mantido no estado baixo, apesar do acoplamento capcitivo dos transientes de inicialização. O portão de um FET tem resistência muito alta e, na maioria das vezes, parece capacitivo. Mesmo um grande resistor pode eventualmente descarregar a capacitância da porta. O fator limitante é a rapidez com que o dispositivo pode ser desligado e ligado novamente. Normalmente, esse não é o problema. Manter o portão baixo, apesar dos transitórios de inicialização, é muito mais difícil de julgar, pois é quase impossível saber de onde esses transitórios podem estar vindo e com que força eles se acoplam ao nó do portão. É por isso que você vê esse intervalo. Ninguém realmente sabe o que é necessário, então eles experimentam e menosprezam, ou mais provavelmente, escolha um bom número. A ideia de pessoas diferentes de agradável varia.

Por outro lado, você não deseja que o pulldown puxe uma corrente significativa que, de outra forma, seria direcionada rapidamente para o portão alto. Se você estiver usando um driver FET que pode gerar 1 A durante a comutação, os 10 mA extras a partir de 1 kΩ de pulldown são praticamente irrelevantes. Por outro lado, se o portão estiver sendo conduzido diretamente a partir de um micropino, os 5 mA extras de um pulldown de 1 kΩ podem ser um inconveniente significativo. Nesse caso, 10 kΩ seria melhor. Raramente é necessário ir além disso, mas em alguns circuitos de baixa potência em que o FET está ligado por longos períodos de tempo, você pode querer 100 kΩ.

Então, como eu disse, 1 kΩ, 10 kΩ ou 100 kΩ deve funcionar.