Wenn der MOSFET ein spannungsgesteuertes Gerät ist, warum müssen wir ihn dann bei Verwendung in einer H-Brücke mit hohem Strom versorgen?

Ich mag mich verwirren, aber nach dem, was ich bisher gelesen habe, ist ein BJT ein stromgesteuertes Gerät und ein MOSFET ein spannungsgesteuertes Gerät, was für mich impliziert, dass ein MOSFET einen sehr niedrigen Eingangsstrom benötigt.

Wenn das richtig ist, warum müssen wir dann beispielsweise bei einer H-Brücke einen High-Side-Treiber verwenden, um 2A zu versorgen? Liegt es an der Miller-Kapazität, dass wir die Gate-Kapazität für den Bruchteil einer Sekunde aufladen müssen? Bitte erkläre.

Genau das, was Sie vermuten. Der Effekt der Gatekapazität besteht darin, das Schalten zu verlangsamen. (Der Miller-Effekt multipliziert die 'effektive' Gate-Kapazität.)

Wenn die H-Brücke nur gelegentlich schalten soll (sagen wir bei 1 Hz), ist ein niedriger Gate-Strom (in den meisten Fällen) in Ordnung, da die thermischen Effekte des Schaltens über 1 Sekunde verteilt sind, was eine relativ lange Zeitspanne ist.

Wenn jedoch PWM verwendet wird, beispielsweise bei 300 Hz, sind nur ~ 3 ms erforderlich, um die in einem Schalter abgegebene Wärme zu verteilen (Ein + Aus), sodass diese Wärme minimiert werden muss.

Die einfache Antwort lautet: $I_c=C \dfrac{dv}{dt}$ und es gibt nur einen aktuellen Bedarf während des schnellen Schaltens.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die besten schnell schaltenden Brückenkommutatoren von 5 bis 500 Ampere je nach Komponentenauswahl eine Stromverstärkung von etwa 50 bis 200 verwenden. Für BJTs reicht es von 10 bis 100 oder 5 bis 10% des linearen hFE oder Beta. Abhängig von Dotierstoffen und Verbindungsgeometrie.

• und uns wurde immer beigebracht, dass FETs nur spannungsgesteuert hochohmig sind, aber aufgrund von Gate-Drain oder Basis-Kollektor Miller-Kapazität Basiskollektor wirkt sie während des Übergangs wie ein stromgesteuerter Anstiegszeitschalter und danach wie ein spannungsgesteuerter Widerstand.

• Es ist ratsam, auch bei Bridge-Treibern im Mikrosekundenbereich etwas über die Totbandkommutierung zu lernen, um das Braten von Treibern zu verhindern.

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Technikfreak

Die Ladezeit für die Miller-Kapazität ist aufgrund der sich schnell ändernden Drain-Spannung für die gesamte Dauer des Vgs-Übergangs (Strom = C dv / dt) größer als die für die Gate-Source-Kapazität Cgs.

Sobald beide Kapazitäten Cgs und Cgd vollständig geladen sind, steigt die Gate-Spannung (VGs) wieder an, bis sie die Versorgungsspannung erreicht, bei der Ig nahe Null abfällt.

Sie benötigen einen High-Side-Treiber, um N-Kanal-FETs anzusteuern, die an das angeschlossen sind $V_{\text{in}}$Schiene. Das Gate muss höher angesteuert werden als die Quelle, an der sich das Gate befindet$V_{\text{in}}$ wenn der Schalter eingeschaltet ist.

Der Gate-Ansteuerstrom muss nicht unbedingt 2A betragen. Es gibt viele High-Side-Laufwerke, die nur ~ 500 mA betreiben, und das ist in Ordnung. Normalerweise wird die Höhe des Antriebsstroms durch bestimmt$R_g$(Gate-Widerstand), von denen einige im FET liegen und nicht reduziert werden können. Häufig$R_g$ beträgt am Ende 10 oder 20 Ohm für ein optimales (nicht klingelndes) Ansteuersignal.

Als grobe Beschreibung ist das Gate über kapazitiv mit dem Kanal gekoppelt $C_{\text{iss}}$, das besteht aus $C_{\text{dg}}$ (die Miller-Kapazität) und $C_{\text{gs}}$. Diese werden beide aufgeladen, wenn der FET geschaltet wird. Das gesamte Umschalten erfolgt, wenn sich die Drain-Spannung ändert (ich versuche nicht, zu offensichtlich zu sein). Wenn sich die Drain-Spannung ändert, laden Sie auf$C_{\text{dg}}$ändert sich und die Gate-Spannung bleibt während dieser Zeit effektiv auf einem (nahezu) konstanten Niveau. Das nennt man das Miller-Plateau. Das bedeutet, dass die Schaltzeit dadurch definiert wird, wie schnell die Gate-Ansteuerschaltung die Ladung verwalten kann$C_{\text{dg}}$. Das wird bestimmt durch$R_g$, $Q_{\text{dg}}$, Miller-Plateau-Spannung und Gate-Ansteuerspannung.