¿Por qué este MOSFET se enciende tan lentamente?

  

Sin embargo, cuando veo la característica de transferencia de CC, se enciende   'lentamente' cuando el voltaje de la compuerta se mueve entre 3.5V y 4.7V

Supongo que aquí no significa "lento" en el tiempo sino que quiere decir que no se enciende al instante cuando alcanza un umbral de voltaje preciso.

Esto es lo que hace un MOSFET: si desea utilizarlo como interruptor, aplique un nivel de voltaje adecuado en la compuerta (en relación con la fuente) en el menor tiempo posible. Quizás de 12 a 15 voltios o, para MOSFET de nivel lógico, solo se necesiten 5 voltios. Entonces se comporta como un interruptor.

Si desea utilizar el MOSFET como amplificador, aplique una tensión lineal a la compuerta para obtener una tensión (algo) lineal en la salida. Observe la ganancia de voltaje en su circuito: para un cambio en el voltaje de la compuerta de aproximadamente 1.15 voltios, obtiene un cambio en el voltaje de salida de aproximadamente 100 voltios. Eso es una ganancia de alrededor de 87 si lo quieres en números simples.

Si miras el voltaje de la compuerta de 4,3 voltios a 4,5 voltios, el voltaje de salida cambia aproximadamente 25 voltios, lo que representa una ganancia de 125.

  

parece comportarse como un BJT (aunque en un rango de voltaje de compuerta estrecho)

Un transistor biploar podría encenderse totalmente con un cambio en el voltaje del emisor de base de 0.6 voltios a 0.7 voltios. Como un rango que es de 0.1 voltios con un desplazamiento de 0.65 voltios y si lo comparas con el encendido de tu mosfet en un rango de 3.5 a 4.65 voltios (1.15 voltios), no es tan diferente.

0.1 / 0.65 = 15% y 1.15 / 4 es aproximadamente el 29%, por lo que, relativamente hablando, un BJT y un MOSFET son similares.

  

Pensé que este tipo de MOSFET era un interruptor

Bueno, es un transistor, al igual que un BJT. Es posible que haya sido diseñado optimizado para estar totalmente comprimido o totalmente activado, pero eso no significa que no tenga un rango de voltaje de puerta relativo entre esos dos extremos.

  

que esperaba saturar inmediatamente.

La compuerta de un MOSFET debe cargarse, es decir, funciona como la mitad de un condensador.

Ahora, con una corriente de carga de 3.55 pA, eso puede tomar un tiempo, con una hoja de datos que dice que tiene una carga total de ca de 67 nC, un poco más de 5 horas para cargar completamente. (No funciona de esa manera, porque las curvas de carga de los condensadores no conducen a una corriente constante, pero es una estimación inicial).

Todos los interruptores tienen terminales y el terminal es como una capacitancia paralela durante la transición. Esto se incrementa con pequeños huecos utilizados para hacer RdsOn inferior y menor resistencia de la puerta. Los MOSFETS pueden tener RdsOn más pequeños que Rce de un BJT y valores T más grandes que un BJT para algunos tipos en la misma categoría de interruptor de alimentación, pero no todos.

Esta es la razón por la que IGBT utiliza entradas MOSFET y las salidas BJT para muy alto voltaje de corriente alta son populares. Sin embargo, los diseños MOSFET e IGBT han pasado por lo menos 7 generaciones cada uno, reduciendo esta T constante mientras aumentan el Vout max. De este modo, se ofrecen opciones más flexibles para el costo de IGBT y MOSFET. (Estas mejoras no son gratuitas, pero sí diversas)

Los diseñadores a menudo usan una figura de mérito (FoM) para elegir estas características deseables, como esta constante T = RC. También se utiliza para diseñar un apagado más rápido y un encendido más lento para evitar la conmutación "disparar a través" cuando los dispositivos de los canales N y P están encendidos al mismo tiempo, usando un diodo paralelo y valores R para apagar la compuerta más rápido.

Estos parámetros de FoM son especificaciones de diseño que no se encuentran en las hojas de datos, pero dependen de los valores Ciss, Q, Coss y Rg, RdsOn.

Dado que el Ciss no es un dependiente lineal de Vgs, los diseñadores deben decidir si su compuerta funciona como una fuente de corriente (alta Z) o una fuente de voltaje (baja Z) para estimar el tiempo de transición.

Cuando activa un interruptor, esta constante de tiempo T = depende del tamaño del chip y la geometría estructural y el tamaño litográfico.

  

En su caso, está agregando Rpot al valor Rg interno y, por lo tanto, controla el tiempo de subida de la compuerta con Ciss durante la región de voltaje de transición Vgs = Vth.

Mi regla de oro para los interruptores BGT en cascada es elegir un Rce que sea 20 veces más pequeño o usar Ic / Ib = 10 a 20, que tiende a estar cerca del 10% del hFE lineal.

Luego, para MOSFET, los interruptores de alimentación de RdsOn a RdsOn en cascada altos, desde 50 mA a un rango de carga de 50A, es considerar la relación Rg / RdsOn y tomar el 10% de esto. para determinar la ganancia de corriente al cargar Ciss a la velocidad óptima. El resultado es una relación RdsOn de una etapa a la siguiente, elijo aproximadamente el 1% con una amplia tolerancia. para la reducción en RdsOn o amplificar esta relación de cambio.

Por lo tanto, la velocidad óptima nunca sería una compuerta CMOS de 74HCxx con ESR o RdsOn de 50 ohmios y un MOSFET de potencia con RdsOn con 50 mOhms (1000: 1), por lo que es necesario un controlador intermedio. En el futuro, recuerde estos porcentajes cuando elija un diseño para ver cómo afecta la velocidad.

Su kilometraje puede variar.