MOSFET: जब हम यह नहीं मान सकते कि गेट करंट 0 है?

Question

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग सीखने के दौरान अंगूठे का एक सामान्य नियम जो आप सुनते हैं वह यह है कि MOSFET का गेट करंट हमेशा लगभग 0. होता है । यह मान लेना सुरक्षित नहीं है कि यह 0 है?

Comments

FET गेट में गेट लीकेज करंट से ज्यादा डिजाइन ड्राइंग द्वारा पुल-अप / डाउन रेसिस्टर हो सकता है।

— टाइबलू

Answer 1

क्षणिक परिस्थितियों में, गेट की क्षमता शून्य होगी क्योंकि आपको गेट कैपेसिटेंस को चार्ज (या डिस्चार्ज) करने की आवश्यकता होती है और इसके लिए वर्तमान की आवश्यकता होती है। गेट का करंट जितना बड़ा होता है, फाटक का वोल्टेज उतनी ही तेजी से बदलता है और जितनी तेजी से डिवाइस स्विच करता है। एक बार जब स्विच संक्रमण पूरा हो जाता है, तो गेट करंट शून्य पर पहुंच जाता है (और ज्यादातर लीकेज करंट होता है)।

कम स्विचिंग (पीडब्लूएम) आवृत्तियों के लिए, आरएमएस गेट चालू कम होगा। उच्च स्विचिंग आवृत्तियों से आरएमएस वर्तमान में वृद्धि होगी।

Comments

इस उत्तर के सभी पहलुओं को deja vu :-) के एक बहुत ही मजबूत अर्थ प्रदान करते हैं :-)

— रसेल मैकमोहन

"उच्चतर स्विचिंग आवृत्तियों से वर्तमान के निरपेक्ष मान का औसत बढ़ जाएगा "। औसत वर्तमान आवृत्ति पर स्वतंत्र है।

— तेलक्लेवियो

इस उत्तर के सभी पहलुओं को deja vu :-) :-)

— रसेल मैकमोहन

@Telaclavo - औसत धारा किसी भी पर्याप्त समय पर आवृत्ति से स्वतंत्र होगी, क्योंकि यह (आदर्श रूप से) शून्य है। किसी भी गैर-शून्य मान का मतलब है कि शुल्क लगातार बनाए जाते हैं और एक गेट चार्ज की अंतहीन आपूर्ति को स्टोर नहीं कर सकता है। हालांकि पूर्ण मूल्य, नहीं है। उच्च आवृत्तियों का अर्थ है कि समान दर और उच्च दर पर गेट से एक ही शुल्क लिया जा रहा है, अर्थात एक उच्च निरपेक्ष धारा।

— थॉमस

@Telaclavo - अच्छी पकड़; मैंने औसत को rms में बदल दिया ...

— madrivereric

Answer 2

सबसे महत्वपूर्ण अपवाद आमतौर पर स्थैतिक रिसाव नहीं होता है, लेकिन चार्ज करने या इसे बंद या बंद करने के लिए गेट कैपेसिटेंस का निर्वहन करते समय।

लगभग 0.1 से 1 amp के गेट धाराओं को आम तौर पर उपयोगी समय में गेट कैपेसिटेंस को चार्ज और डिस्चार्ज करने की आवश्यकता होती है।

बहुत तेजी से अतिरिक्त नुकसान होता है।
बहुत धीमी गति से एफईटी बंद और कड़ी मेहनत के बीच सक्रिय प्रतिरोधक स्थिति में होता है और उचित डिजाइन के साथ जो प्राप्त किया जा सकता है उसके सापेक्ष बहुत अधिक मात्रा में ऊर्जा का प्रसार करता है।

यही कारण है कि गेट ड्राइवरों की आवश्यकता होती है और क्यों आप केवल एक माइक्रोकंट्रोलर पिन से उच्च आवृत्तियों पर एक MOSFET गेट नहीं चला सकते हैं, आमतौर पर वोल्टेज की आवश्यकताओं को अच्छी तरह से पूरा करने पर भी 1 से 30 mA वितरित करने में सक्षम होते हैं।

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संबंधित - MOSFET गेट ड्राइव धाराओं:

यह अक्सर सराहा नहीं जाता है कि 10 kHz पर एक MOSFET को स्विच किया जा रहा है और पर्याप्त स्विचिंग समय प्राप्त करने के लिए 0.1A - 1A रेंज पर गेट ड्राइव धाराओं की आवश्यकता हो सकती है - कुछ हद तक आवेदन पर निर्भर करता है। रेंज के उच्च अंत में कई 10 kHz के गेट ड्राइव आम होंगे।

MOSFET डेटशीट गेट चार्ज और गेट कैपेसिटेंस निर्दिष्ट करती है। कैपेसिटेंस आमतौर पर "कुछ नैनोफ़ारड" रेंज में होते हैं और गेट चार्ज आमतौर पर कुछ दसियों नैनोकॉलेम्बस होते हैं और इनपुट कैपेसिटेंस आमतौर पर नैनोफोर्ड या कुछ होते हैं।

Digikeys पैरामीट्रिक चयनकर्ता का उपयोग करते हुए मैं सिर्फ 60-100 V Vds के N चैनल MOSFETS को सब्सक्राइब करता हूं और 10-20 Amd Ids को।
गेट चार्ज 3.4 nC और इनपुट कैपेसिटेंस = 256 pF जितना कम था और
5700 pF इनपुट कैपेसिटेंस के
साथ 225 nC था, जिसमें नीचे वाले माध्य चतुर्थक = 18 nC और 870 pF और
शीर्ष median quartile = 46 nC और 1200 pF था।

उस चार्ज को गेट कैपेसिटेंस के अंदर और बाहर "पंप" करना होता है।
यदि आप 10 kHz पर PWMing कर रहे हैं तो 1 चक्र = 100 uS ताकि आप आशा करेंगे कि स्विचिंग समय उस का एक छोटा सा अंश था। यदि आप शून्य n / से 3V से 12V तक कुछ चार्ज या डिस्चार्ज करना चाहते हैं तो कम से कम 100 mA का ड्राइव होना एक आवश्यकता है।

1 कूलम्ब = 1 amp.second तो 10 nC के लिए 0.01 uS के लिए 1 A का मतलब है या 0.1A के लिए 0.1A का मतलब है। 225 nC गेट चार्ज के साथ ऊपर की ओर भयावह बाहरी MOSFET 0.2A यूएस को 1 ए पर और 2.25 यूएस को 0.1 ए पर ले जाएगा। कारण यह है कि यह एफईटी सबसे ज्यादा खराब है, क्योंकि मैं "सेपियल" हूं - यह 100 वी 16 ए की कमी मोड डिवाइस है जो आमतौर पर बिना गेट वोल्टेज के साथ होता है और इसे बंद करने के लिए नकारात्मक गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है। हालांकि, एक अभी भी हो सकता है। " " 60V, 20A हिस्सा जैसे 100+ nC गेट चार्ज के साथ " इस उदाहरण द्वारा पकड़ा गया ।

इस अधिक सामान्य 60V 14A भाग में 18 nC अधिकतम गेट चार्ज है। इसे 10 माइक्रोन पर एक माइक्रोकंट्रोलर पोर्ट पिन से ड्राइव करें और इसे ले जाएगा! गेट संधारित्र को चार्ज करने के लिए 1.8 यूएस - संभवतः 10 kHz पर स्वीकार्य और 100 kHz पर बहुत खराब। 110 और 41 nS के वृद्धि और गिरावट स्विचिंग समय के साथ जब 'ठीक से संचालित' आप इसे ऊपरी सीमाओं के पास कहीं भी स्विच करने के लिए ~ 2 यूएस गेट चार्ज बार के बजाय बेहतर चाहेंगे।

उदाहरण:

200 nS हाई-साइड गेट ड्राइवर:

इस सर्किट का स्रोत निश्चित नहीं है - PICList सदस्य के माध्यम से मुझे लगता है। अगर किसी को परवाह है तो जांच कर सकते हैं। ध्यान दें कि यह सर्किट स्पष्ट रूप से अधिक "चालाक" है। (ओलिन यहां इस्तेमाल की जाने वाली इनपुट व्यवस्था के शौकीन हैं)। R14 में ~ = 3V स्विंग R15 के बारे में 15V स्विंग का कारण बनता है इसलिए Q14 / Q15 आधार + 30V से लगभग 15V तक स्विंग करते हैं, ~ 15V प्रदान करते हैं यदि उच्च पक्ष गेट P चैनल MOSFET पर चला जाता है।

Comments

आप किस प्रकार के MOSFETs का वर्णन कर रहे हैं? (पुन: "... आम तौर पर आवश्यक ..."।)

— tyblu

@tyblu - लगभग किसी भी प्रकार की शक्ति MOSFET पर तुच्छ धाराओं से अधिक स्विचिंग है। कुछ सौ एमए ऊपर कहो। गेट चार्ज और गेट कैपेसिटी के लिए डेटा शीट देखें। उस चार्ज को गेट कैपेसिटेंस के अंदर और बाहर "पंप" करना होता है। यदि आप 10 kHz पर PWMing कर रहे हैं तो 1 चक्र = 100 uS ताकि आप आशा करेंगे कि स्विचिंग समय उस का एक छोटा सा अंश था। यदि आप कुछ NF को / से शून्य से 3V से 12V तक चार्ज या डिस्चार्ज करना चाहते हैं तो कम से कम 100 mA का ड्राइव होना एक आवश्यकता है।

— रसेल मैकमोहन

आह, शक्ति FETs। Am का उपयोग <500mA Ids के लिए किया जाता है, जहां इनपुट <1nF है। ध्यान दें कि डेटाशीट में कहा गया है कि गेट कैपेसिटेंस हमेशा एक निश्चित आवृत्ति (जैसे 1MHz) पर होता है।

— टाइबलू

Answer 3

डेटशीट की जांच करें। के लिए इस MOSFET वे अधिकतम 100nA के स्रोत रिसाव वर्तमान के लिए एक गेट निर्दिष्ट करें। उदाहरण के लिए, यदि आप एफईटी से एफईटी चला रहे हैं, तो आप शायद इसे अनदेखा कर सकते हैं। यदि आप बहुत कम चार्ज के साथ कुछ स्थिर वोल्टेज का उपयोग कर रहे हैं तो 100nA बहुत अधिक हो सकता है। यह सब आपके आवेदन पर निर्भर करता है, लेकिन ज्यादातर मामलों में यह स्थिर वर्तमान नगण्य होगा। गेट के कैपेसिटेंस को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए चालू और बंद होने से बहुत बड़ा वर्तमान शिखर होगा।

Answer 4

हाइपोथेटिकल स्थिति: कहते हैं कि आप बहुत छोटे शुल्क द्वारा उत्पन्न वोल्टेज के इंस्ट्रूमेंटेशन / सेंसिंग को लागू करना चाहते थे। (शुल्क जो बहुत अधिक प्रतिबाधा के माध्यम से एक छोटे से प्रवाह द्वारा भी निकाला जा सकता है।)

Answer 5

यहां कुछ वेवफॉर्म हैं जो एक बड़े MOSFET के क्षणिक संकेतों में से कुछ को इंगित करते हैं। स्विचिंग के दौरान गेट का करंट हाई हो जाता है और हो सकता है कि यहां गेट ड्राइव वोल्टेज में गिरावट हो। (काली रेखा) ।

Comments

गेट करेंट उस ग्राफ में दिखाई गई चीजों में से एक है, है ना? और क्या है ? $V_{GG}$

— तेलक्लेवो

ग्राफ अच्छा है, लेकिन कुछ और एनोटेशन की जरूरत है ...

— tyblu

Answer 6

मुझे लगता है कि यह सामान्यीकरण एक आदर्शीकृत प्रवर्धन अनुप्रयोग के संदर्भ में एक MOSFET की तुलना BJT से होता है।

"एक BJT एक करंट-नियंत्रित डिवाइस (बेस करंट कंट्रोलिंग कलेक्टर करंट, बेस वोल्टेज पीएन फॉरवर्ड ड्रॉप से ​​जुड़ा हुआ है) जबकि MOSFET एक ट्रांसकनेक्ट डिवाइस है (बेस करंट नगण्य है, बेस वोल्टेज कंट्रोल कलेक्टर करंट)", जैसा कि शिक्षक कहते हैं। ।

जब आप "स्थिर-राज्य" एम्पलीफायरों के बारे में बात कर रहे हैं (पूर्वाग्रह में कोई मुश्किल स्विचिंग या बड़े झूलों नहीं) तो 'शून्य आधार वर्तमान' की धारणा आपको सही काम करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त है।

जब आप उच्च-आवृत्ति वाले हार्ड स्विचिंग का परिचय देते हैं, जैसा कि दूसरों ने MOSFET के निहित क्षमता को इंगित किया है जो व्यवहार पर हावी है (यानी आधार वर्तमान खींचा चार्ज और गेट कैपेसिटेंस को डिस्चार्ज करने का एक कार्य है) इसलिए 'शून्य वर्तमान' धारणा अमान्य है।