¿Qué causa esta rodilla mi caída de tensión de drenaje MOSFET?

Question

Última ACTUALIZACIÓN: Comprender previamente un misterioso poder MOSFET de la forma de onda de conmutación meneo! @Mario descubierto la causa raíz de aquí abajo, un rasgo distintivo de los llamados VDMOS dispositivos, típico de muchos de los Mosfet de potencia como el IRF2805.

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ACTUALIZACIÓN: Encontrar una pista! :)

@PeterSmith menciona un excelente recurso en la comprensión de la puerta de carga especificaciones en los MOSFET de las hojas de datos en uno de los comentarios de abajo.

En la página 6, al final del segundo párrafo, hay una referencia de pasada a la idea de que \$C_{GD}\$ se vuelve constante (deja de variable como una función de \$V_{DS}\$) cuando \$v_{GD}\$ > 0. No menciona el mecanismo, pero me puse a pensar acerca de lo que podría estar sucediendo con \$v_{GD}\$ en la rodilla:

Y el hijo-de-un-arma de fuego, resulta ser a la derecha donde \$v_{GD}\$ se eleva por encima de 0V.

Así que si alguien entiende lo que el mecanismo de conducción es, creo que sería la respuesta correcta :)

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Estoy haciendo un estudio minucioso de los MOSFET de conmutación características como parte de mi estudio de conmutación de los convertidores.

He configurado un circuito tan sencillo como lo siguiente:

Que produce este MOSFET giro en la forma de onda de la simulación:

Una rodilla aparece en el desagüe de la caída de voltaje sobre el 20% en el Miller de la meseta.

He construido el circuito:

Y el alcance confirma la simulación bastante bien:

Creo que entiendo el "pre-lanzamiento" bump (\$C_{gd}\$ corriente de carga correr "hacia atrás" a través de la resistencia de carga), pero estoy confundido en cuanto a cómo para dar cuenta de la rodilla en el drenaje de la caída de tensión.

Puede que alguien más experimentado con MOSFETs ayudarme a entender?

Answer 1

La pendiente de la fuga de voltaje depende de la compuerta de drenaje de la capacitancia de la Cgd. En el caso de la caída de borde el transistor se ha de descargar la Cgd. Además de la corriente de carga para la resistencia también tiene que hundir la corriente que fluye a través de la Cgd.

Es importante mantener en mente que la Cgd no es un simple condensador, pero una no lineal de la capacitancia de la que depende el punto de funcionamiento. En la saturación no hay ningún canal en el drenaje lateral de transistor y la Egc es debido a la superposición de la capacitancia entre la puerta y el drenaje. En la región lineal de la canal se extiende hasta el drenaje lateral y Cgd es más grande porque ahora la gran puerta para el canal de la capacitancia está presente entre la puerta y el drenaje.

Como el transistor transiciones entre la saturación y la región lineal el valor de la Cgd cambios y por lo tanto también la pendiente de la fuga de voltaje.

El uso de LTspice Cgd puede ser inspeccionado por el uso de la "DC punto de funcionamiento" de la simulación. Los resultados se pueden ver mediante el uso de "Ver/Spice Registro de Errores".

Para un Vgs de 3.92 V Cgd es de unos 1,3 npF porque Vds es alta.

   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

Para un Vgs de 4V Cgd es mucho mayor, con alrededor de 6.5 nF debido a la baja de Vds.

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

La variación de la Cgd (con la etiqueta Sir) para diferentes polarización se puede ver en el gráfico siguiente tomado de la hoja de datos.

El IRF2805 es un VDMOS transistor que muestra un comportamiento diferente para la Cgd. De la internet:

El discreto vertical de doble difusa MOSFET(transistor de VDMOS) popularmente se utiliza en el nivel de la junta de fuentes de alimentación conmutada tiene comportamiento que es cualitativamente diferente de las anteriores monolítico MOSFET modelos. En particular, (i) el cuerpo de diodo de un transistor es VDMOS conecta de forma diferente a las terminales externas que el sustrato diodo de una monolítica MOSFET y (ii) la compuerta de drenaje de la capacitancia(Cgd) la no-linealidad no puede ser modelada con la simple gradual capacitancias de monolítico MOSFET modelos. En un VDMOS transistor, Cgd cambia abruptamente sobre cero puerta de drenaje de voltaje(Vgd). Cuando Vgd es negativo, Egc es físicamente basado en un condensador con la puerta como uno de los electrodos y la de drenaje en la parte posterior de la matriz como el otro electrodo. Esta capacitancia es bastante baja debido a que el espesor de la no-realización de morir. Pero cuando Vgd es positivo, el morir es la realización y la Egc es físicamente basados en un condensador con el espesor del óxido de puerta. Tradicionalmente, elaborar subcircuits se han utilizado para duplicar el comportamiento de un potencia MOSFET. Un nuevo intrínseca de especias dispositivo estaba escrito que encapsula este comportamiento en el interés de calcular la velocidad, fiabilidad de la convergencia, y la simplicidad de los modelos de escritura. La DC el modelo es el mismo que el de nivel 1 monolítico MOSFET, salvo que el la longitud y la anchura por defecto a uno para que trasnconductancia puede ser se especifica directamente sin escala. El modelo del CA es la siguiente. El puerta-fuente de la capacitancia se toma como constante. Este fue empíricamente se encontró que una buena aproximación para el MOSFET de potencia si la puerta-fuente la tensión no es impulsado por la negativa. La puerta de drenaje de la capacitancia de la siguiente manera siguiente empíricamente encontrado la forma:

Positivo Vgd, Cgd varía como la tangente hiperbólica de Vgd. Para negativo Vgds, Cgd varía a medida que el arco tangente de Vgd. El modelo los parámetros a, Cgdmax, y Cgdmax parametrizar la puerta de drenaje la capacitancia. La fuente-drenaje de la capacitancia es suministrada por el graduado la capacitancia de un cuerpo de diodo conectado a través de la fuente de drenaje electrodos, fuera de la fuente y el drenaje de las resistencias.

En el archivo de modelo de los valores siguientes se pueden encontrar

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

Answer 2

ACTUALIZACIÓN: Mario acertado en la respuesta anterior, por lo que salir de este uno sólo de interés histórico. Este comportamiento parece tener todo que ver con que es un VDMOS (como lo son muchos de los Mosfet de potencia de deduzco), lo que podría explicar por qué muchos de los generales MOSFET de recursos (que tienden a centrarse en la monolítica MOSFETs) no menciona este fenómeno.

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Ok, justo cuando estaba a punto de renunciar a la comprensión de este, la interwebs me has dado un bocado:

Esto es de IXYS Nota de Aplicación UNA-401, página 3.

No hay ninguna explicación de que el dispositivo de la física detrás de esto, pero estoy bastante satisfecho con esto por ahora. Esta curva también cuenta para la inflexión que estoy viendo.

Mis intentos de explicar a mí mismo con la dinámica de la inversión de los canales de la capa de haber terminado en el desconcierto. No veo claro punto de inflexión en lo que yo entiendo que se vea como cuando \$V_{GS}\$ = \$V_{DS}\$. (Estas son mis mejores inferencias, no es algo oficial leí en alguna parte.) Tenga en cuenta que he usado \$V_{GD}\$ aquí (\$V_{GS} - V_{DS}\$), algo poco convencional, a sabiendas de que \$V_{GD}=0\$ era lo que yo estaba buscando :)

Si alguien tiene una referencia o sabe la física lo suficientemente bien para explicar la curva de arriba, yo estaría muy agradecido. Te voy a dar la respuesta correcta cookie para cualquiera que pueda :)

Answer 3

Tengo una pregunta: ¿por qué la pendiente de ser lineal?

De hecho, durante 150 ns de Miller de la meseta, los MOSFET de canal resistencia a caídas de casi el infinito a un valor muy pequeño. Incluso disminuye de forma lineal, la tensión de salida del divisor formado por R=100 Ohmios y R DS de los MOSFET no es lineal.

Y no existe dependencia lineal de R DS en la puerta de carga; usted no puede encontrar en las hojas de datos, pero sabemos que no es lineal.

Por lo tanto, este comportamiento es natural.

En mi opinión, tiene muy buen test set-up, sin embargo, no es bueno para la unidad de potencia MOSFET de 50 Ohmios fuente de poder real del circuito.