¿Qué es la capacidad del controlador de compuerta MOSFET y por qué me importa?

La respuesta está al final, pero, en caso de que no esté familiarizado con el concepto de capacitor MOS, haré una revisión rápida.

Condensador MOS:

El transistor Gate of MOSFET es esencialmente un condensador. Cuando aplica cualquier voltaje a este capacitor, responde acumulando una carga eléctrica:

La carga acumulada en el electrodo de puerta es inútil, pero la carga debajo del electrodo forma un canal conductor que permite que fluya una corriente entre las terminales de fuente y drenaje:

El transistor se enciende cuando la carga almacenada en este capacitor se vuelve apreciable. El voltaje de puerta en el que esto sucede se denomina voltaje de umbral (esencialmente, es el voltaje de puerta a cuerpo el que es relevante aquí, pero supongamos que el cuerpo se define como potencial cero).

Como sabrá, cargar un capacitor a través de una resistencia lleva tiempo (siempre hay algo de resistencia presente, incluso si el esquema no contiene resistencias). Este tiempo depende del valor del condensador y de la resistencia:

Combinando todas las declaraciones anteriores juntas obtenemos:

• Transistor's Gate es un condensador que debe cargarse a través de una resistencia para que el transistor "se encienda"
• Cuanto mayor sea la capacitancia de entrada de la puerta, más tiempo llevará encender el transistor
• Cuanto mayor sea la resistencia entre la fuente de voltaje y la puerta, más tiempo llevará encender el transistor.
• Cuanto mayor sea el voltaje aplicado externamente, más corto se tarda en encender el transistor.

La respuesta:

Cuando la gente dice "capacidad de accionamiento de compuerta deficiente", quiere decir que los tiempos de encendido y apagado del transistor en una configuración determinada son demasiado largos.

"¿Demasiado tiempo comparado con qué?" puede preguntar, y esta es la pregunta más importante que debe hacer. Los tiempos de encendido/apagado requeridos dependen de muchos aspectos, en los que no quiero entrar. Solo como ejemplo, piense en conducir el transistor con una onda cuadrada periódica que tenga un ciclo de trabajo del 50% y un período de 10 ms. Desea que el transistor esté ENCENDIDO durante la fase alta y APAGADO durante la fase baja de la señal. Ahora, si el tiempo de encendido del transistor en una configuración determinada será de 10 ms, está claro que 5 ms de señal de fase alta no serán suficientes para encenderlo. La configuración dada tiene "capacidad de accionamiento de compuerta deficiente".

Cuando usó el transistor para encender el LED, no empleó altas frecuencias de conmutación, ¿verdad? En este caso, el tiempo de conmutación del transistor no era de gran importancia; solo quería ver que eventualmente se enciende / apaga.

Resumen:

La "capacidad de la unidad de compuerta" no puede ser buena o mala en general, pero es lo suficientemente buena para su aplicación o no. Depende de los tiempos de conmutación que desee lograr.

Para reducir los tiempos de conmutación, puede hacer lo siguiente:

• Reducir la resistencia a la puerta
• Aumente la clasificación de voltaje/corriente del circuito de conducción

No hay nada que pueda hacer con respecto a la capacitancia de Gate: es una propiedad incorporada del transistor.

Espero que esto ayude

El problema surge cuando los MOSFET deben encenderse o apagarse a una frecuencia relativamente alta. La capacitancia de Miller introducida en Gate (Cgs) juega un papel importante, por lo que la carga/descarga de esta capacitancia a alta frecuencia requiere que se inyecten corrientes superiores a 1A en Gate.

Sin embargo, en funcionamiento CC y estático, el circuito de control "ve" una carga de impedancia muy alta y puede encender/apagar fácilmente el MOSFET. Solo para probar y verificar, aumente la frecuencia del pin GPIO en el esquema que se muestra y observe la forma de onda en la puerta del MOSFET.