Veo que algunas personas utilizan PWM para controlar la Puerta de los MOSFETs, ¿qué sucede en el MOSFET cuando se utiliza PWM en la Puerta? Si utilizo Arduino para PWM la puerta del MOSFET, va a controlar la tensión entre el drenaje y la fuente o sólo se enciende / apaga muy rápido?
Respuestas
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Abe
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El puerta de un MOSFET es básicamente una carga capacitiva. La corriente de drenaje del FET está controlada por el puerta à a granel tensión. En el caso de los FET discretos, el a granel suele conectarse internamente al terminal de la fuente.
Esto significa que el problema de conducir una puerta FET puede ser modelado como la carga de un condensador. Así que puedes archivar los dos casos descritos en tu pregunta.
Si la salida PWM puede conducir grandes corrientes, la puerta del FET puede cargarse rápidamente y activará o desactivará la corriente de drenaje con una alta pendiente. Esto se utiliza, por ejemplo, en las fuentes de alimentación conmutadas.
Si la salida PWM sólo puede conducir corrientes bajas, la capacidad de la puerta junto con la resistencia de la línea formarán un filtro de paso bajo. Puedes aumentar este efecto junto con una resistencia de la salida PWM a la puerta, para implementar una forma muy barata de convertidor digital a analógico. El ciclo de trabajo del PWM controla la tensión media de la puerta. Para este modo debes considerar que hay un voltaje de puerta mínimo (voltaje de umbral) para archivar un efecto en el drenaje.
Si eliges el MOSFET de canal N adecuado para la carga y tienes la carga en el drenaje hasta V+ y la fuente conectada a 0V entonces la aplicación de entradas PWM a la puerta (con respecto a la fuente) hará que el FET actúe efectivamente como un interruptor que se abre y se cierra. Esto es una aproximación pero para bajas frecuencias de conmutación no es mala.
Nunca es tan limpio como un interruptor, por supuesto, pero puede aproximarse razonablemente a uno. Cuando el "contacto" se cierra tiene una "resistencia de encendido" que puede ser tan baja como 1 mili-ohm en algunos FETs. Cuando el "contacto" se abre habrá un poco de corriente de fuga, pero probablemente no mucho más de 10uA.
Cuando cambia, no lo hace de forma instantánea y es aquí donde puede haber una importante pérdida de potencia. El "contacto", a lo largo de unos pocos microsegundos o, en algunos casos, unas decenas de nanosegundos, cambia gradualmente de alta impedancia a baja impedancia. Las capacitancias parásitas empeoran esta situación y es necesario "conducir" la puerta con bastante fuerza para lograr una eficiencia decente.
La relación de espacio-marca con la que conduces la puerta multiplicada por la tensión de alimentación (V+) te indica aproximadamente la tensión media aplicada a la carga. Así, si tu alimentación es de 12V y conduces 40:60, entonces la tensión media en la carga será de aproximadamente 7,2V, es decir, el FET en "on" durante el 60% del tiempo.
Kip Diskin
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Control de la tensión entre el drenaje y la fuente ( \$V_{DS}\$ ) y encender/apagar es el lo mismo .
Cuando \$V_{DS}\$ está al mínimo:
- la impedancia del canal está al mínimo, \$R_{DS(on)}\$ en la hoja de datos
- la corriente del canal está al máximo, normalmente limitada por la carga conectada al transistor
- la tensión de la puerta es significativamente mayor que la tensión de umbral \$V_{GS(th)}\$
- se dice que el transistor es en
Cuando \$V_{DS}\$ está al máximo:
- la impedancia del canal está al máximo
- la corriente del canal está al mínimo, alguna corriente de fuga muy pequeña especificada en la hoja de datos
- la tensión de la puerta está por debajo del umbral de la puerta \$<V_{G(th)}\$
- se dice que el transistor es fuera de
En la mayoría de las aplicaciones PWM, es deseable tener el MOSFET encendido o apagado, pero no algo intermedio. Esto se debe a que la potencia es el producto de la tensión y la corriente:
$$ P = VI $$
Cuando el MOSFET está encendido o apagado, hay alta corriente o alta tensión, pero no ambas. Así, la potencia en el MOSFET es baja, no se calienta y se desperdicia menos energía. Cuando el MOSFET está entre estados, hay una corriente importante y tensión, por lo que la potencia en el MOSFET es alta, se calienta y se desperdicia la energía de la batería.
La velocidad de conmutación está limitada por la capacidad del controlador de puerta de absorber o generar corriente para cargar o descargar la capacitancia de la puerta. Hay, por supuesto, algunas aplicaciones en las que se desea una tensión constante entre el mínimo y el máximo (por ejemplo, los amplificadores lineales), pero éstas deben estar preparadas para hacer frente a la carga de potencia y al calor resultante.
