Apa yang dimaksud dengan kemampuan drive gerbang MOSFET dan mengapa saya peduli?

Seseorang mengatakan kepada saya bahwa sirkuit ini memiliki "kemampuan drive gerbang yang buruk":

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Apa sebenarnya artinya itu? Saya mengujinya dengan LED sebagai beban untuk M1, dan mikrokontroler dapat menyalakan dan mematikannya dengan baik. Dalam kondisi apa kemampuan drive yang buruk menjadi masalah? Bagaimana cara memperbaikinya?

Jawabannya ada di akhir, tapi, kalau-kalau Anda tidak terbiasa dengan konsep kapasitor MOS, saya akan melakukan tinjauan singkat.

Kapasitor MOS:

Gerbang transistor MOSFET pada dasarnya adalah sebuah kapasitor. Ketika Anda menerapkan tegangan apa pun ke kapasitor ini, kapasitor merespons dengan mengakumulasi muatan listrik:

Muatan yang terakumulasi pada elektroda Gerbang tidak berguna, tetapi muatan di bawah elektroda membentuk saluran konduktif yang memungkinkan arus mengalir antara terminal Source dan Drain:

Transistor AKTIF ketika muatan yang disimpan dalam kapasitor ini menjadi cukup besar. Tegangan Gerbang di mana ini terjadi disebut Tegangan Ambang (pada dasarnya itu adalah tegangan Gerbang-ke-Tubuh yang relevan di sini, tetapi mari kita asumsikan bahwa Tubuh didefinisikan sebagai potensial nol).

Seperti yang Anda ketahui, pengisian kapasitor melalui resistor membutuhkan waktu (selalu ada beberapa hambatan, bahkan jika skema tidak mengandung resistor). Waktu ini tergantung pada nilai kapasitor dan resistor:

Menggabungkan semua pernyataan di atas bersama-sama kita dapatkan:

• Gerbang Transistor adalah kapasitor yang harus diisi melalui resistor agar transistor "beralih ON"
• Semakin tinggi kapasitansi input Gate, semakin lama waktu yang diperlukan untuk mengaktifkan transistor ON
• Semakin tinggi resistansi antara sumber tegangan dan Gerbang, semakin lama waktu yang diperlukan untuk menghidupkan transistor
• Semakin tinggi tegangan yang diterapkan secara eksternal, semakin pendek waktu yang diperlukan untuk menghidupkan transistor.

Jawabannya:

Ketika orang mengatakan "kemampuan drive gerbang buruk" yang mereka maksudkan bahwa nyalakan dan mematikan waktu transistor dalam konfigurasi yang diberikan terlalu lama.

"Terlalu lama dibandingkan dengan apa?" Anda mungkin bertanya, dan ini adalah pertanyaan paling penting untuk ditanyakan. Waktu ON / OFF yang diperlukan tergantung pada banyak aspek, yang tidak ingin saya bahas. Sama seperti contoh, pikirkan mengemudi transistor dengan gelombang persegi periodik yang memiliki siklus tugas 50% dan periode 10ms. Anda ingin transistor AKTIF selama fase tinggi dan OFF selama fase rendah dari sinyal. Sekarang, jika waktu HIDUP transistor dalam konfigurasi yang diberikan akan 10 ms, jelas bahwa 5 ms sinyal fase tinggi tidak akan cukup untuk menyalakannya sama sekali. Konfigurasi yang diberikan memiliki "kemampuan drive gerbang buruk".

Ketika Anda menggunakan transistor untuk menyalakan LED, Anda tidak menggunakan frekuensi switching yang tinggi, bukan? Dalam hal ini, waktu switching dari transistor tidak terlalu penting - Anda hanya ingin melihat bahwa itu akhirnya akan on / off.

Ringkasan:

"Gerbang drive kapabilitas" tidak bisa baik atau buruk secara umum, tetapi cukup baik untuk aplikasi Anda atau tidak. Tergantung pada waktu switching yang ingin Anda capai.

Untuk mengurangi waktu switching Anda dapat melakukan hal berikut:

• Kurangi resistensi ke Gerbang
• Tingkatkan tegangan / arus dari sirkuit penggerak

Tidak ada yang dapat Anda lakukan tentang kapasitansi Gate - ini adalah properti transistor.

Semoga ini membantu

Masalah muncul ketika MOSFET harus dinyalakan / dimatikan pada frekuensi yang relatif tinggi. Kapasitansi Miller yang diperkenalkan ke Gate (Cgs) memainkan peran penting saat itu, sehingga pengisian / pemakaian kapasitansi ini pada frekuensi tinggi membutuhkan arus lebih dari 1A untuk diinjeksikan ke Gate.

Namun pada operasi DC dan statis, sirkuit drive "melihat" beban impedansi yang sangat tinggi dan dapat dengan mudah menghidupkan / mematikan MOSFET. Hanya untuk menguji dan memverifikasi, tingkatkan frekuensi pin GPIO dalam skema yang ditunjukkan dan saksikan bentuk gelombang di Gerbang MOSFET.