Resistencia de puerta con MOSFET de "nivel lógico"

Necesito manejar 2 MOSFET de nivel lógico desde salidas digitales de un microcontrolador (3.3V). Estos se utilizarán para impulsar un convertidor push-pull de baja potencia a 500 kHz. He identificado estos MOSFET "dobles":

Tengo una duda sobre la resistencia de la puerta.

  • En las hojas de datos de ROHM e Infineon , se dan muchas características para un cierto Rgs (generalmente en el rango de 10 Ω ) y supongo que es un valor razonable para usar para la resistencia de puerta en mi diseño final, para evitar el timbre y para mantener buenas actuaciones de conmutación.
  • La hoja de datos de Vishay indica un valor explícito de Rg (condición de prueba: 1MHz ????), y suena como una resistencia incrustada en el componente. Estoy bastante confundido con esta especificación.

¿Hay alguien que tenga experiencia con este tipo de MOSFET de nivel lógico y pueda decirme si realmente se necesita una resistencia de puerta externa y si Rg ≈ 10 Ω es un valor razonable?

Poner una resistencia de compuerta disminuye la velocidad de conmutación de la compuerta lógica NMOS, por lo que no recomendaría
@MissMulan El impacto en la velocidad de conmutación cuando se usa una resistencia de valor tan bajo de, por ejemplo, 10 ohmios, es insignificante. Dicha resistencia de puerta se utiliza para mejorar la respuesta transitoria y, de hecho, puede mejorar el comportamiento de conmutación del MOSFET. Si hace que el valor de la resistencia sea demasiado alto, entonces sí afectará la velocidad de conmutación. Pero si haces eso, te estás perdiendo el punto por el cual está presente la resistencia de puerta.
Sí, 10 ohmios suena como un valor razonable. sin embargo, si maneja su NMOS desde un controlador que tiene una impedancia de salida de 100 ohmios, no tiene sentido agregar 10 ohmios adicionales. Entonces: 1) muéstrenos qué usa para controlar los MOSFET 2) busque en la hoja de datos de ese controlador para ver qué se recomienda allí.
"desde salidas digitales de un microcontrolador" Directamente? Proporcione un enlace a la hoja de datos.
Poner una resistencia de 10 ohmios disminuye la velocidad de conmutación como 100 veces, así que no entiendo tu lógica. La compuerta del NMosfet tiene una resistencia de 0.1Ohm ok? Si coloca una resistencia de 10 ohmios en serie con la puerta, la constante de tiempo aumenta x100. [Editado por un moderador.]
@MissMulan Poner una resistencia de 10 ohmios disminuye la velocidad de conmutación como 10k tiempo OK, demuéstramelo. No entiendo tu lógica, así que prueba tu punto. Supongamos que tiene razón, luego explíqueme por qué en muchos diseños de controlador de puerta + MOSFET (diagramas de aplicación en hojas de datos), se recomienda una resistencia de puerta de 10 ohmios. Según usted, eso ralentizaría drásticamente el cambio. Entonces eso no tiene sentido?
Cuando dije que la puerta tiene una resistencia de 0,1 ohmios, me refiero a la resistencia del pin, la unión GS tiene una resistencia de casi 100 MOhm. [Editado por un moderador.]
Binplerekkie Pero si resumimos que la unión Gate-Source tiene algo de capacitancia (muy pequeña) y en DC aquí volvemos a lo obvio, la respuesta escalonada de un capacitor nos dice que las resistencias ralentizan la carga/descarga de los capacitores. [Editado por un moderador.]
... Pero si resumimos la unión Puerta-Fuente Hmm, la última vez que miré, los MOSFET nunca tenían una unión Puerta-Fuente. @MissMulan Le sugiero que construya un circuito de ejemplo simple de un controlador MOSFET y un MOSFET de potencia en un simulador y vea qué sucede cuando tiene 0 ohmios en serie con la puerta del MOSFET de potencia y cuando cambia esos 0 ohmios a 10 ohmios. [Editado por un moderador.]
@Bimpelrekkie, el sustrato siempre está conectado a la fuente. Realmente no entiendo tu punto aquí. ¿Está diciendo que el MOSFET no tiene una capacitancia que se debe a la dialéctica entre la puerta y la fuente (sustrato)?
@MissMulan De hecho, todos los MOSFET tienen una fuente - unión de sustrato. Pero para los MOSFET discretos, como usted señaló, está en cortocircuito. Entonces, ¿qué puede hacer? ¿Es relevante? Las capacidades Gate-Source y Gate-Drain suelen ser las más relevantes. Agregar una resistencia Gate puede ayudar a mejorar el comportamiento transitorio al cambiar una carga. Le sugiero que lea este excelente documento detallado de TI: ti.com/lit/ml/slua618a/slua618a.pdf?ts=1636101904859 [Editado por un moderador].
Sí, dado que el sustrato está en cortocircuito con la fuente, la capacitancia Puerta-Fuente es la capacitancia Puerta-Sustrato. [Editado por un moderador.]
Por lo que sé, se necesita una resistencia de compuerta para agregar un componente de "amortiguación" a una red LC casi pura debido a la capacitancia de la compuerta y las huellas de PCB / inductancia del controlador.
En realidad, el controlador MOSFET es un ASIC cuyo comportamiento V/I no está totalmente especificado por el fabricante. Solo dice que la corriente de salida máxima es de 8 mA y el voltaje de salida mínimo es de 2,4 V a 4 mA. Ahora estoy pensando que puedo calcular una resistencia de salida equivalente de este peor caso y asumir que es la resistencia de puerta "equivalente" que estoy buscando.

Respuestas (2)

Si está manejando una puerta directamente con una salida MCU, en la mayoría de los casos no necesita preocuparse por agregar resistencia externa a la puerta porque las salidas son tan débiles que serán el equivalente de agregar 25 a 100 ohmios de resistencia .

La mala noticia es que no podrá cambiar los MOSFET de potencia a 500 kHz directamente con salidas MCU, necesitará un controlador de puerta externo de algún tipo, uno que pueda cambiar rápidamente las corrientes de nivel de amperios. Luego, puede agregar algunos ohmios en serie con la puerta. Dado que necesita un controlador de puerta de todos modos, puede considerar usar MOSFET de nivel no lógico cuando corresponda.

Esto parece muy razonable. La lógica ya tiene suficiente resistencia dinámica para que la resistencia de puerta no sea realmente necesaria. Interesante, investigaré sobre eso en mi circuito.

¿Hay alguien que tenga experiencia con este tipo de MOSFET de nivel lógico y pueda decirme si realmente se necesita una resistencia de puerta externa y si Rg ≈ 10 Ω es un valor razonable?

Cada hoja de datos le proporciona un valor de resistencia de puerta externa basado en el cumplimiento de una característica específica de tiempo de subida y bajada: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es para que pueda elegir un controlador MOSFET que pueda entregar los productos. Los controladores MOSFET son bastante explícitos al decirle cuál es la resistencia interna de su unidad, por lo que puede elegir el "correcto" en función de lo que le indiquen las hojas de datos del MOSFET dual.

Sin embargo, dado que está utilizando una MCU para controlar las puertas, entonces no tiene el lujo obvio de saber cuál será la impedancia de salida dinámica del pin IO. Esto puede o no ser un problema, pero parece ser peor para la parte de Vishay.

Hola, para cumplir con esta regla del sitio , edite su respuesta para incluir enlaces a los recursos (es decir, hojas de datos) que utilizó para la imagen que incluyó. Gracias.
@SamGibson los enlaces de la hoja de datos están contenidos en la pregunta.
Gracias, me perdí eso. Aún sería una buena idea que incluyera los enlaces en su respuesta, ya que solo controla la respuesta. Si alguien elimina los enlaces de la pregunta en el futuro por cualquier motivo, entonces parece que tendría un problema, ya que no habría enlaces para lo que había incluido. Ese es el riesgo que corre al confiar en los enlaces que solo están presentes en la publicación de otra persona. Como mínimo, sería útil que los lectores señalaran que ha utilizado los enlaces en la pregunta, ¿no cree? Gracias.
@SamGibson Me pregunto... Las imágenes en mi respuesta son de hojas de datos y ninguno de los fabricantes de dichos dispositivos se opondrá a que anuncie sus hojas de datos, así que supongo que no hay infracción de nada tierno o secreto. aquí; no hay indicios de que esté ocultando la información porque todas las imágenes contienen información suficiente para rastrear las fuentes muy fácilmente. Sin embargo, si hay algo (o potencialmente) ilegal que he hecho, entonces me complace saber de qué se trata y hacer las paces. Claramente, los grandes sucios quieren una respuesta sin imagen, ¡así que me engañan más!
Muchas gracias por su ayuda. Para mí, está claro que las resistencias de puerta sugeridas se muestran en las notas de la hoja de datos, pero ¿qué pasa con el campo de "resistencia de puerta Rg" de la parte de Vishay? ¿Qué piensas sobre eso? Parece ser el valor de una resistencia interna...
No, es una resistencia de puerta externa después de todo, ¿por qué se molestarían en especificar cuál es el valor parásito interno en estas circunstancias? no tendría sentido hacerlo.
Andy, estoy de acuerdo contigo, pero parece muy extraño que en la hoja de datos de Vishay el Rg=1ohm sugerido (resaltado en tu captura de pantalla) sea completamente diferente del rango de 5.5 - 22.2 ohm indicado justo arriba de la línea de la hoja de datos ("Resistencia de puerta Rg f= 1Mhz"). Mi punto es que no puedo entender esa línea.
Y estoy de acuerdo con usted: la hoja de datos de Vishay no es muy clara, pero creo que el límite de 5,5 a 22,2 ohmios es la verdadera resistencia interna. El externo de 1 ohmio, estoy seguro, se refiere a la resistencia de la puerta externa, por lo tanto, a pesar de mantenerlo tan bajo, el tiempo general de subida y bajada para esta parte de Vishay es un poco malo en comparación con los otros dos @AlessioCaligiuri
Resistencia de puerta con MOSFET de "nivel lógico"
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