Cálculo da resistência do pulldown para um determinado portão do MOSFET


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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 VDS de 24V a 500mA, qual o valor que devo usar para resistor suspenso do portão e como você calcular esse valor?


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Existe alguma coisa na folha de dados que eu deveria estar procurando?
Rdivilbiss

Alguém terá uma explicação melhor do que eu posso fornecer, mas não, não é uma coisa simples que você verá na folha de dados. Coisas como você está dirigindo o MOSFET e a velocidade de comutação necessária também entram em jogo. Se você deseja um exemplo de cálculo (mesmo que hipotético), pode valer a pena mencionar essas coisas na pergunta.
precisa

Obrigado pelo seu comentário. Na verdade, estou procurando alguns cálculos. Vou saber que a resposta vem de stephenh,:;
Rdivilbiss

Também estou interessado em uma resposta completa para isso, mas minha experiência com MOSFETs é apenas escolher o menor valor de resistência possível (para reduzir a quantidade de ruído térmico, você obtém o portão do MOSFET) do portão para o terra com base na tensão do seu portão e nos recursos de manuseio de energia do seu resistor (diferentes tipos de resistores também afetam os níveis de ruído).
Luc

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A figura na figura 17 NÃO é um resistor de pulldown. Ele forma um filtro passa-baixa RC (O C que forma o próprio portão) para suavizar as bordas da forma de onda de teste. Um pulldown conectará o portão ao terra (fonte).
placeholder

Respostas:


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

Essa será uma abordagem preguiçosa e preguiçosa ( L3 ). Tão:

  • Modelo FET muito simples, apenas , C gs e R g incluídos. CgdCgsRg
  • Capacitores FET considerados lineares.
  • A porta FET foi puxada para a fonte através de .Rg
  • forçando a tensão não mais complicada do que uma rampa linear será usada. Vds

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. L3

insira a descrição da imagem aqui

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. Vgs

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. Rg
  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. RgVdsVds
  3. Rg

Rg

Rg

VgsCgdVdsCgd+Cgs

VgsVdsCgdCgs

Vds-max
CgdCrss
CgsCcissCgd
Vgth-min

Vgs

Rg

Rg

VgsCgdVdsSlpRg(1etRg(Cgd+Cgs))

VdsSlpVdsRgVgs

VdsRg

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.

Rg

VdsVds

Vgs(20pF) (25V/50nsec) Rg(1e50 nsec(20pF + 115pF) Rg)

RgVgsRg

RgVdsVdsVds

Vds

Rg

Rg

CgsCgdVds

Para um circuito ressonante LC de série:

ZoRZoLC

CgsZoRgZoRgZo

Algumas coisas a ter em mente

  • Rg
  • RgRgRgmaxR g - minRgRgmin
  • 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.


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Ótima resposta, precisa de mais votos!
Bitrex

Resposta fabulosa gsills, obrigado por isso! Parece que o objeto de discussão ( ) muda entre 2. e 3., de um resistor pull-down para um resistor em série , com valores e dinâmicas significativamente diferentes. Eu entendi direito? Eu ficaria satisfeito em exibir um segundo diagrama na edição para deixar isso claro, se eu estiver entendendo as coisas corretamente. Rg
21416 scanning

Você tem uma enorme capacidade de ensino; a lógica pode ser seguida do início ao fim da sua resposta - realmente ótima! Não esqueci minha promessa e agora que tenho reputação suficiente, voto seu comentário, gsills, yay! Você é épico! | @scanny Se eu entendi direito, puxe para baixo os casos de valor R_gs do resistor 2,3 derivados da resistência total R_gs_total =: R_g através da rede de resitâncias.
jon ardaron

Como determinar o VdsSlp para um determinado MOSFET? Você escreveu "Vejamos o IRF510 com os Vds subindo linearmente de 0 a 25V em 50 nanossegundos". Como calcular esse tempo?
quert 19/03

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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.


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Obrigdo por sua contribuição. Eu tenho o mais profundo respeito pelo seu conhecimento, mas tudo o mais na eletrônica parece aparentemente tão preciso matematicamente (mesmo algo tão simples quanto a lei de Ohm) que parece que isso também deveria ser. Talvez eu esteja esperando demais; mas deixa um gosto ruim na minha boca.
Rdivilbiss

@rdivil: Às vezes você obtém uma grande latitude e, às vezes, é difícil prever os parâmetros para o cálculo. Esse é o caso aqui.
precisa

Mais uma vez, obrigado pelo seu sábio conselho. Vou abrir uma nova pergunta no artigo a seguir. link
rdivilbiss 14/03
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