MOSFET drenaj voltajı düşüşümde bu diz neden olur?

SON GÜNCELLEME: Daha önce gizemli bir güç MOSFET anahtarlama dalga formu kıpırdatmasını anlayın! @Mario , IRF2805 gibi birçok güç MOSFET'ine özgü VDMOS cihazlarından farklı olarak aşağıdaki temel nedeni ortaya çıkardı .

GÜNCELLEME: Bir ipucu buldun! :)

@PeterSmith, aşağıdaki yorumlardan birinde MOSFET veri sayfalarındaki geçit yükü özelliklerini anlama konusunda mükemmel bir kaynaktan bahsediyor .

Sayfa 6'da, ikinci paragrafın sonunda, > 0 olduğunda sabit hale geldiği ( bir işlevi olarak değişmeyi durdurduğu) fikrine geçen bir referans vardır. ama birlikte neler olabileceğini düşünmeye beni diz: $C_{GD}$ $V_{DS}$ $v_{GD}$ $v_{GD}$

Ve silah oğlu, 0V'nin üzerine çıktığı yerde olduğu ortaya çıkıyor . $v_{GD}$

Yani bu sürüş mekanizmasının ne olduğunu anlarsa, bunun doğru cevap olacağını düşünüyorum :)

Anahtarlama dönüştürücüleri çalışmamın bir parçası olarak MOSFET anahtarlama karakteristiklerini yakından inceliyorum.

Ben böyle basit bir devre kurduk:

Simülasyonda bu MOSFET açık dalga formunu üreten:

Tahliye voltajında Miller platosuna yaklaşık% 20 oranında bir diz belirir.

Devreyi kurdum:

Kapsam, simülasyonu oldukça iyi onaylıyor:

$C_{gd}$

MOSFET'lerle daha deneyimli biri anlamama yardımcı olabilir mi?

— scanny
kaynak

Tamam, evet, kapı ve drenaj arasındaki kapasitansı şarj ettiğinizde olur. Ben o zaman Ids belirli uygulamalar için sabit, güzel bir özellik

— Gregory Kornblum

Görünüşe göre Miller Effect Cgd? Kapıdan drenaja 100pF'lik bir kapak eklerseniz, bu onu şiddetlendirir mi?

— Krunal Desai

Cevabı bilmiyorum, ancak "Power MOSFET Temelleri: Geçiş Şarjını

— Jim Fischer

Anahtarlama analizi için gerçek geçit yükü (Qg), Kapı direncine karşı bir hassasiyete sahiptir. Ek olarak, Cgd Vds'nin bir fonksiyonu olarak değişir. Bkz. Microsemi.com/document-portal/doc_view/…

— Peter Smith

Eğer bir direnç ile kapıyı sürüş diğer bazı yorumlar önerebilir neyi yanında kendi sorunuzu ... cevap için bir not olarak @scanny, gayet geçerlidir gelmez neler olduğunu aydınlatmak. Kanalda, oluşumdan önce ve sonra ne olduğuna bakmanızı ve kapasitansın nereden ortaya çıktığını kendinize sormanızı öneririm. O zaman kendi sorunuza cevap verin.

— placeholder

Yanıtlar:

Tahliye voltajının eğimi, geçit-tahliye kapasitansı Cgd'ye bağlıdır. Düşen kenar durumunda, transistör Cgd'yi boşaltmalıdır. Direnç için yük akımına ek olarak, aynı zamanda Cgd'den akan akımı da batırmak zorundadır.

Cgd'nin basit bir kapasitör değil, çalışma noktasına bağlı doğrusal olmayan bir kapasitans olduğunu akılda tutmak önemlidir. Doygunlukta, transistörün tahliye tarafında kanal yoktur ve Cgd, kapı ve tahliye arasındaki örtüşme kapasitansından kaynaklanmaktadır. Doğrusal bölgede kanal tahliye tarafına uzanır ve Cgd daha büyüktür, çünkü şimdi geçit ve tahliye arasında büyük kanaldan kanala kapasitans mevcuttur.

Transistör doygunluk ve doğrusal bölge arasında geçiş yaparken, Cgd'nin değeri değişir ve bu nedenle de drenaj voltajının eğimi değişir.

LTspice Cgd kullanımı "DC çalışma noktası" simülasyonu kullanılarak incelenebilir. Sonuçlar "Görünüm / Baharat Hata Günlüğü" kullanılarak görüntülenebilir.

3.92V Cgd Vgs için yaklaşık 1.3npF'dir, çünkü Vds yüksektir.

   Name:          m1
Model:      irf2805s
Id:          1.70e-02
Vgs:         3.92e+00
Vds:         6.60e+00
Vth:         3.90e+00
Gm:          1.70e+00
Gds:         0.00e+00
Cgs:         6.00e-09
Cgd:         1.29e-09
Cbody:       1.16e-09

4 V Cgd için bir Vgs düşük Vds nedeniyle yaklaşık 6.5nF ile çok daha büyüktür.

Name:          m1
Model:      irf2805s
Id:          5.00e-02
Vgs:         4.00e+00
Vds:         6.16e-03
Vth:         3.90e+00
Gm:          5.15e-01
Gds:         7.98e+00
Cgs:         6.00e-09
Cgd:         6.52e-09
Cbody:       3.19e-09

Farklı sapma için Cgd'nin (Crss olarak etiketlenmiş) değişimi, veri sayfasından alınan aşağıdaki grafikte görülebilir.

IRF2805, Cgd için farklı bir davranış gösteren bir VDMOS transistörüdür. Gönderen internet :

Pano seviyesi anahtar modu güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılan ayrı dikey çift dağınık MOSFET transistör (VDMOS), yukarıdaki monolitik MOSFET modellerinden niteliksel olarak farklı davranışlara sahiptir. Özellikle, (i) bir VDMOS transistörünün gövde diyodu, dış terminallere monolitik bir MOSFET'in substrat diyotundan farklı şekilde bağlanır ve (ii) geçit-drenaj kapasitansı (Cgd) doğrusallığının basit dereceli olarak modellenememesi monolitik MOSFET modellerinin kapasitansları. Bir VDMOS transistöründe, Cgd sıfır kapı boşaltma voltajı (Vgd) hakkında aniden değişir. Vgd negatif olduğunda, Cgd fiziksel olarak bir elektrot olarak geçit ve diğer elektrot olarak kalıbın arkasındaki drenaj ile bir kondansatöre dayanır. Bu kapasitans, iletken olmayan kalıbın kalınlığı nedeniyle oldukça düşüktür. Ama Vgd pozitif olduğunda, kalıp iletken ve Cgd fiziksel olarak geçit oksit kalınlığına sahip bir kapasitöre dayanmaktadır. Geleneksel olarak, bir güç MOSFET'in davranışını çoğaltmak için ayrıntılı alt devreler kullanılmıştır. Bu davranışı hesaplama hızı, yakınsama güvenilirliği ve yazma modellerinin basitliği açısından içine alan yeni bir içsel baharat cihazı yazılmıştır. DC modeli, uzunluk 1 ve monolitik MOSFET ile aynıdır, ancak uzunluk ve genişlik varsayılan olarak birdir, böylece transkondüktans doğrudan ölçeklendirme olmadan belirtilebilir. AC modeli aşağıdaki gibidir. Kapı kaynağı kapasitansı sabit olarak alınır. Eğer kapı kaynağı voltajı negatif sürülmezse, ampirik olarak güç MOSFETS için iyi bir yaklaşım olarak bulunmuştur. Geçit-drenaj kapasitansı aşağıdaki ampirik olarak bulunan formu takip eder:

Pozitif Vgd için Cgd, Vgd'nin hiperbolik tanjantı olarak değişir. Negatif Vdg için Cgd, Vgd'nin ark tanjantına göre değişir. Model parametreleri a, Cgdmax ve Cgdmax, geçit drenaj kapasitansını parametrelendirir. Kaynak-drenaj kapasitansı, kaynak drenaj elektrotlarına, kaynağın ve drenaj dirençlerinin dışında bağlanan bir gövde diyotunun kademeli kapasitansı ile sağlanır.

Model dosyasında aşağıdaki değerler bulunabilir

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

— Mario
kaynak

V_{D}

$V_D$

V_{D}

$V_D$

V_{G}

$V_G$

V_{T h r e s h o l d}

$V_{Threshold}$

V_{G D}

$V_{GD}$

V_{d s}

$V_{ds}$ 6.5V kadar farklı. Bu, konuşmak için değişikliği yerelleştirmiyor :)

— scanny

@scanny - Cgd değişikliği daha geniş bir aralıkta gerçekleşiyor, belirli bir Vds için gerekli Vgs'nin kesin değerini bulmak için ek bir simülasyon yapmak için çok tembeltim. Kendi başınıza yaparsanız, Cgd'nin zaten yaklaşık 5V'lik bir Vds'de artmaya başladığını göreceksiniz.

— Mario

V_{G D} = 0

$V_{GD}=0$

V_{G S}

$V_{GS}$

@scanny - Kullanılan VDMOS transistör durumunda Cgd'nin nasıl modelleneceğini gösteren bir referanstan alıntı içeren bir güncelleme ekledim.

— Mario

Tatlı! Bu açıklıyor! Teşekkürler Mario! :) Referansı nerede buldunuz?

— scanny

GÜNCELLEME: Mario yukarıda doğru cevabı aldı, bu yüzden bunu sadece tarihsel ilgi için bıraktı. Bu davranış, bir VDMOS (topladığım birçok güç MOSFET gibi) ile ilgili her şeye sahip görünüyor, bu da genel MOSFET kaynaklarının çoğunun (monolitik MOSFET'lere odaklanma eğilimi) neden bu fenomenden bahsetmediğini açıklayabilir.

Tamam, tıpkı bunu anlamaktan vazgeçmek üzereyken, iç ağlar bana bir lokma verdi:

Bu, IXYS Uygulama Notu AN-401 , sayfa 3'ten alınmıştır.

Bunun arkasındaki cihaz fiziği hakkında bir açıklama yok, ama şimdilik bundan memnunum. Bu eğri, gördüğüm bükülmeyi açıklar.

$V_{GS}$ $V_{DS}$ $V_{GD}$ $V_{GS} - V_{DS}$ $V_{GD}=0$

Birinin referansı varsa veya fiziği yukarıdaki eğriyi açıklayacak kadar iyi bilirse çok minnettar olurum. Yapabilecek herkese doğru cevap çerezini vereceğim :)

— scanny
kaynak

Bir sorum var: eğim neden doğrusal olmalı?

Aslında, 150 ns Miller platosu sırasında, MOSFET kanal direnci neredeyse sonsuzdan çok küçük bir değere düşer. Doğrusal olarak düşse bile, MOSFET'in R = 100 Ohm ve R DS tarafından oluşturulan bölücünün çıkış voltajı doğrusal değildir.

Ve R DS'nin geçit yüküne doğrusal olmayan bağımlılığı vardır; veri sayfalarında bulamazsınız, ancak doğrusal olmadığını biliyoruz.

Bu nedenle bu davranış doğaldır.

Bana göre, gerçekten güzel bir test kurulumunuz var, ancak gerçek güç devresinde 50 Ohm kaynaktan güç MOSFET'i sürmek iyi değil.

— Usta
kaynak