Перейти к содержанию

Какой резистор ставить в затвор MOSFET от микроконтроллера?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Затвор MOSFET не потребляет тока в статике, но у него большая ёмкость: у IRLZ44 входная ёмкость Ciss — 3300 пФ. В момент переключения вывод микроконтроллера заряжает или разряжает её, и бросок тока ограничен только сопротивлением цепи. Резистор в затворе решает две задачи: бережёт вывод и гасит звон на затворе.

Нижняя граница — ток вывода

RG≥UвыводаIвывода,maxR_G \geq \frac{U_\text{вывода}}{I_\text{вывода,max}}

У ATmega328P абсолютный предел тока через вывод — 40 мА, поэтому при 5 В нужно не меньше 125 Ом (наш расчёт). Ближайшие ходовые номиналы — 150 и 220 Ом. Для своего микроконтроллера возьмите предел из его даташита.

Верхняя граница — время фронта

Чем больше резистор, тем медленнее затвор проходит область между порогом и плато Миллера, где транзистор греется сильнее всего. Время фронта по методике TI SLUA618A пропорционально сопротивлению. Наш расчёт для IRLZ44 при 12 В на стоке (как в ответе о нагреве MOSFET в ШИМ):

РезисторПиковый ток затвора от 5 ВВремя фронта, оценка
150 Ом33 мАоколо 0,3 мкс
220 Ом23 мАоколо 0,45 мкс
1 кОм5 мАоколо 2 мкс
10 кОм0,5 мАоколо 20 мкс

Для реле или светодиодной ленты, которые переключаются редко, подойдёт и 1 кОм. Для ШИМ на десятках килогерц нужен минимальный допустимый резистор или драйвер.

Схема целиком

  1. Резистор 150–220 Ом последовательно с затвором, у самого транзистора.
  2. Резистор 10–100 кОм между затвором и истоком — чтобы транзистор не открывался, пока микроконтроллер в сбросе (подробнее).
  3. Транзистор, у которого RDS(on) задано при вашем напряжении на затворе.

Откуда берётся ёмкость затвора, объясняют статьи о ёмкостях MOSFET и заряде затвора; готовая схема — в «Ключе на MOSFET».

Похожие вопросы

Можно ли обойтись без резистора в затворе?

Затвор — это конденсатор на тысячи пикофарад, и без резистора бросок тока при переключении ограничен только выходным сопротивлением вывода. Кроме того, TI указывает, что резистор гасит колебания между ёмкостью затвора и индуктивностью проводников. Поэтому даже при коротких проводах ставят хотя бы десятки ом.

Зачем второй резистор между затвором и истоком?

Пока микроконтроллер в сбросе, его выводы в третьем состоянии, и затвор ничем не удерживается. Резистор 10–100 кОм на исток держит транзистор закрытым до начала работы программы; подробнее — в ответе о самопроизвольном включении MOSFET.

Какой резистор нужен при управлении от 3,3 В?

Тот же расчёт: напряжение вывода, делённое на его допустимый ток. Но сначала проверьте, задано ли у транзистора RDS(on) при таком напряжении на затворе: у IRLZ44 оно указано только для 4 и 5 В, и от 3,3 В он открыт не полностью.

Источники

  1. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B, 2020) — разд. Absolute Maximum Ratings: ток через вывод ввода-вывода (DC Current per I/O Pin) — 40,0 мА; разд. 14.2.1 Configuring the Pin — выводы переходят в третье состояние, как только наступает сброс, даже без тактового сигнала
  2. Texas Instruments. SLUA618A: Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits, L. Balogh (revised October 2018) — ур. 11–12 — токи и времена заряда затвора обратно пропорциональны сопротивлению цепи затвора; разд. 2.8, ур. 15 — индуктивность истока и CISS образуют резонансный контур, резистор затвора его демпфирует, меньший резистор даёт выброс на затворе и более быстрое включение, больший — только затягивает переключение; разд. 3.1 — внешний резистор затвора снимает часть мощности с драйвера; разд. 3.5, ур. 20 — резистор затвор — исток защищает от самопроизвольного включения при подаче питания
  3. Vishay. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — VGS(th) 1,0–2,0 В; RDS(on) задано при VGS 4 и 5 В; Ciss 3300 пФ, Crss 200 пФ

Нашли ошибку?

Смотрите также