Solución:
El voltaje umbral puerta-fuente es el voltaje que se requiere para conducir (generalmente) 100 uA de corriente hacia el drenaje. Los diferentes MOSFET tienen diferentes definiciones y algunos dispositivos definen el voltaje de umbral a una corriente de drenaje de hasta 1 mA.
Es un indicador comparativo bastante útil de cómo un determinado dispositivo podría funcionar cuando se le da una señal de nivel lógica adecuada, pero siempre es mejor examinar la hoja de datos. Es típico que encuentre esto: –
Puede ver que V $ _ {GST} $ hace que fluya muy poca corriente, pero al elevar el voltaje de la puerta por encima de este, verá que el dispositivo conduce mucha más corriente.
Por lo general, los voltajes nominales máximos para las puertas MOSFET son +/- 20 V, por lo que hay un margen considerable entre los niveles de operación y daño.
Como Andy dice VGS (th), es decir, el voltaje umbral de la fuente de la puerta corresponde a una corriente baja, cuando el MOSFET apenas se enciende y Rds todavía es alto.
Desde una perspectiva de usuario / compra, lo que desea buscar es garantizado (y bajo) Rds (activado) para un V dadoGS que planea usar en su aplicación. Lamentablemente, no se vinculó a ninguna hoja de datos ni nombró partes específicas en su pregunta, pero estoy bastante seguro de que el Rds bajo garantizado (activado) solo se proporciona a 4-5V para su MOSFET.
Además, el MOSFET no “calentará / quemará” a un V más altoGS, siempre que no supere el máximo permitido. De hecho, es mejor conducir con una V altaGS como sea posible para asegurarse de que esté completamente encendido.
Por ejemplo, el MOSFET FDD24AN06LA0_F085 tiene un VGS (th) entre 1 y 2 V, pero la corriente de drenaje en este punto sólo se garantiza que sea de 250 µA, lo que probablemente sea demasiado bajo para ser útil. Por otro lado, prometen “rDS (ON) = 20mΩ (Typ.), VGS = 5V, ID = 36A”. Entonces, normalmente usarás este MOSFET con una VGS de 5 V o superior. Además, para este MOSFET, VGS no debe exceder los 20 V (o por debajo de -20 V) o se dañará. Pero cualquier cosa en este rango está bien.
Aquí están los bits relevantes de la hoja de datos:
Que se detalla como:
No exceda las calificaciones:
También vale la pena señalar el gráfico de Rds (encendido) frente a Vgs y corriente de drenaje:
En general, la baja Rds (activada) prometida tendrá una condición de prueba bastante especializada (como un cierto ciclo de trabajo). Como regla general, lo duplico en comparación con lo prometido en la hoja de datos.
- No te confundas entre
Gate Threshold Voltage (Vth)yGate-Source Voltage(Vgs). Vth es una propiedad inherente del MOSFET, mientras que Vgs es una entrada al MOSFET. Siempre que la entrada sea menor que el nivel deseado, es decir, siempre queVgs < Vth, el MOSFET estará apagado. Para encender el MOSFET, debe aplicar Vgs> Vth. -
Vth es algo que se determina durante el proceso de fabricación del MOSFET. Sin embargo, debido a las condiciones prácticas y las imperfecciones de fabricación, nunca obtendrá una Vth constante perfecta para un MOSFET. Por lo tanto, siempre hay un rango de Vth. Vth de 1-2 V significa que el voltaje de umbral de su MOSFET variará en el rango de 1-2 V.
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Entonces, ¿qué es Vgs? Vgs es el voltaje de puerta real que aplica a la puerta del MOSFET. Para encender el MOSFET, debe aplicar Vgs> Vth. Sin embargo, tenga en cuenta que la corriente de drenaje máxima varía con Vgs. Así que no pienses que aplicando
Vgs = Vth(min)puede esperar que la corriente de drenaje nominal máxima fluya a través del MOSFET. AVgs = Vth, el MOSFET simplemente se enciende y no está en posición para permitir que fluya una enorme corriente de drenaje. -
¿Por qué hay un límite máximo de Vgs? El voltaje puerta-fuente es responsable de formar un canal debajo de la puerta. El campo eléctrico producido por este voltaje es lo que empuja a los electrones hacia la puerta, que finalmente forma el canal para que la corriente fluya entre la fuente y el drenaje. Para evitar cualquier fuga de corriente, hay una capa aislante delgada – óxido de puerta, debajo del terminal de puerta. Esta capa de SiO2 es lo que hace que MOSFET sea especial (un tema más allá del alcance de esta discusión). El punto es que cada capa de dieléctrico / aislante puede soportar solo cierta cantidad máxima de fuerza. Más allá de esto, el dieléctrico / aislante se rompe y se comporta como un cortocircuito. Entonces, si aplica
Vgs > Vgs(max), se producirá un campo eléctrico elevado que generará una fuerza superior a la que puede soportar la capa de óxido. Como resultado, la capa de óxido de la puerta se romperá y acortará las capas que se suponía que debía aislar. La ruptura de una capa dieléctrica / aislante crea un punto débil, también conocido como punto caliente, en la propia capa y, como resultado, la corriente comienza a fluir a través del punto débil. Esto conduce a un calentamiento localizado y un incremento de la corriente que aumenta aún más el calentamiento. Este ciclo continúa y finalmente conduce a la fusión del silicio, el dieléctrico / aislante y otros materiales en el punto caliente.