Necesito ayuda para entender el sobreimpulso y el timbre en los semipuentes MOSFET

Question

De la hoja de datos del FDA75N28:

Lo que me cuesta entender son las razones del rebasamiento y del timbre en V_DS.

Ahora, a lo que ya sé:

• La corriente que pasa en un inductor no puede cambiar bruscamente, sino que tiene que cambiar gradualmente.

• Inicialmente la corriente fluye a través del FET conductor, pero luego este transistor se apaga.

• La corriente tiene que seguir yendo a algún sitio, y la forma más fácil es que fluya a través del diodo libre del transistor DUT. Esto hace que V_DS sea negativo, ya que la patilla de drenaje tiene un potencial más alto que la patilla de fuente, polarizando así hacia delante el diodo de cuerpo.

• Antes de que todo el exceso de corriente se disipe en las resistencias parásitas que tenga el circuito, el transistor conductor vuelve a encenderse.

(Necesito ayuda para entender lo que sucede entre estos dos pasos y no estoy 100% seguro del siguiente)

• El diodo del cuerpo del transistor del DUT se pone en polarización inversa justo después de estar en polarización directa. Como la región de agotamiento tarda un tiempo en restablecerse, la corriente empieza a fluir en dirección opuesta a la normal en el diodo. Según la hoja de datos, este fenómeno no tarda demasiado, 320ns que es el tiempo de recuperación inversa. La corriente que pasa por el inductor sigue fluyendo en la misma dirección pero esta vez a través del transistor driver en lugar de a través del diodo del cuerpo del transistor DUT.

Observación adicional:

Por lo que veo, el potencial de la sonda positiva, V_D, nunca cambia, por lo que para que se produzca un sobreimpulso, la sonda negativa tiene que ir por debajo del pin negativo de la fuente de alimentación. No veo qué puede causar esto.

¿Por qué el timbre después del rebasamiento? He hablado con un profesor que sólo tiene conocimientos generales de electrónica y me ha sugerido que podría ser una capacitancia parásita en alguna parte que estuviera auto-oscilando con la inductancia. Me gustaría saber qué causa exactamente esto.

Answer 1

Lo que me cuesta entender son las razones detrás del sobreimpulso y el timbre en V_DS.

El timbre se debe a la capacitancia parásita del MOSFET que reacciona con el inductor como un sistema de 2º orden infraamortiguado. Esta capacitancia puede estar en el rango de 100 pF a 1nF. Lee la hoja de datos del MOSFET - parece que será de unos 900 pF.

Answer 2

Creo que su explicación es un buen golpe en la dirección correcta.

En cuanto al cambio del diodo de modo directo a modo inverso, hay un artículo de Fairchild Quizás ya lo haya visto. Una imagen interesante es esta:

El cambio de posición de los transportistas minoritarios lleva algún tiempo. El tiempo que se tarda en pasar de la fase de conducción a la de bloqueo es el tiempo de recuperación inversa.

La tensión negativa puede explicarse al comprender que la inductancia de la carga se comporta como una fuente de corriente cuando se carga. Cuando se descarga a través del diodo de cuerpo (polarizado hacia adelante) del MOSFET del DUT, simplemente creará la tensión hacia adelante a través de ese diodo. El diodo se comportará como su propia fuente de tensión, por así decirlo. Por eso la tensión puede estar por debajo de la alimentación o de tierra, simplemente se comporta como una fuente de tensión independiente en serie con la alimentación.

Esto es similar a la forma en que los convertidores DCDC pueden generar una tensión de salida superior a su propia tensión de alimentación. Se carga un inductor y ese inductor cargado permite volcar la carga casi en cualquier lugar y conseguir una tensión más alta.

La respuesta de Andy explica el timbre. Es la carga que resuena de un lado a otro entre los condensadores (de los diodos en el MOSFET) y la inductancia de la carga.

Tenga en cuenta que el diodo del cuerpo no conducirá la corriente en esta situación. La tensión está por debajo de la tensión de avance. Si el diodo condujera, "disiparía" (parte de) la energía de esa carga en movimiento y el timbre se extinguiría más rápidamente.