Что вызывает это колено в моем падении напряжения стока МОП-транзистора?

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ: понять загадочный волнообразный сигнал переключения MOSFET! @Mario обнаружил здесь причину, характерную для так называемых VDMOS- устройств, типичных для многих мощных MOSFET, таких как IRF2805.

ОБНОВЛЕНИЕ: нашел ключ! :)

@PeterSmith упоминает превосходный ресурс по пониманию спецификаций платы за вход в таблицы MOSFET в одном из комментариев ниже.

На странице 6, в конце второго абзаца, есть временная ссылка на идею, что становится постоянным (перестает изменяться как функция ), когда > 0. Это не упомяните механизм, но он заставил меня задуматься о том, что может происходить с в колене: $C_{GD}$ $V_{DS}$ $v_{GD}$ $v_{GD}$

И сын орудий, оказывается, именно там, где поднимается выше 0V. $v_{GD}$

Так что, если кто-то понимает, что это за приводной механизм, я думаю, что это будет правильный ответ :)

Я внимательно изучаю переключающие характеристики MOSFET в рамках изучения переключающих преобразователей.

Я создал очень простую схему, например:

Который производит этот сигнал включения MOSFET при моделировании:

Колено появляется при падении напряжения стока примерно на 20% в плато Миллера.

Я построил схему:

И объем подтверждает моделирование довольно хорошо:

$C_{gd}$

Может ли кто-нибудь более опытный с МОП-транзисторами помочь мне понять?

— scanny
источник

Хорошо, чем да, это происходит, когда вы заряжаете емкость между затвором и стоком. Я в то время идентификаторы постоянно, хорошая функция для определенных приложений

— Грегори Корнблюм

Как выглядит эффект Миллера от Cgd? Если вы добавите колпачок на 100 пФ от ворот к стоку, это усугубит это?

— Крунал Десаи

Не знаю ответа, но эта заметка приложения Vishay Siliconix под названием «Основы Power MOSFET: понимание заряда шлюза

— Джим Фишер

Реальный заряд затвора (Qg) для анализа переключения имеет чувствительность к сопротивлению затвора. Кроме того, Cgd варьируется в зависимости от Vds. См. Microsemi.com/document-portal/doc_view/…

— Питер Смит

@scanny как примечание, это совершенно справедливо для Вас , чтобы ответить на свой вопрос ... кроме того, что некоторые другие комментарии могут предложить, вождение ворот с резистором действительно освещает то , что происходит. Я предлагаю вам посмотреть, что происходит в канале, до формирования и после, и спросить себя, откуда возникает емкость. Тогда ответь на свой вопрос.

— заполнитель

Ответы:

Наклон напряжения стока зависит от емкости затвора-стока Cgd. В случае падения фронта транзистор должен разрядить Cgd. В дополнение к току нагрузки для резистора он также должен поглощать ток, протекающий через Cgd.

Важно помнить, что Cgd - это не простой конденсатор, а нелинейная емкость, которая зависит от рабочей точки. В насыщении нет канала на стороне стока транзистора, и Cgd происходит из-за емкости перекрытия между затвором и стоком. В линейной области канал простирается в сторону стока, и Cgd больше, потому что теперь между затвором и стоком имеется большая емкость затвора для канала.

Когда транзистор переходит между насыщением и линейной областью, значение Cgd изменяется и, следовательно, также наклон напряжения стока.

Использование LTspice Cgd можно проверить с помощью симуляции «Рабочая точка постоянного тока». Результаты можно просмотреть с помощью «Просмотр / Spice Error Log».

Для Vgs 3,92 В Cgd составляет около 1,3 нПФ, потому что Vds высокое.

   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

Для Vgs 4 В Cgd намного больше с 6,5 нФ из-за более низких 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

Изменение Cgd (обозначенное Crss) для разных смещений можно увидеть на графике ниже, взятом из таблицы данных.

IRF2805 - это транзистор VDMOS, который показывает другое поведение для Cgd. Из интернета :

Дискретный вертикальный MOSFET-транзистор с двойным рассеиванием (VDMOS), широко используемый в источниках питания с переключателем уровня платы, имеет поведение, качественно отличающееся от описанных выше монолитных моделей MOSFET. В частности, (i) диод корпуса транзистора VDMOS подключен к внешним клеммам иначе, чем диод подложки монолитного полевого МОП-транзистора, и (ii) нелинейность ёмкости затвор-сток (Cgd) не может быть смоделирована с помощью простой градуировки Емкости монолитных моделей MOSFET. В транзисторе VDMOS Cgd резко изменяется примерно на нулевое напряжение затвора (Vgd). Когда Vgd отрицателен, Cgd физически основан на конденсаторе с затвором в качестве одного электрода и стоком на задней стороне матрицы в качестве другого электрода. Эта емкость довольно низкая из-за толщины непроводящего кристалла. Но когда Vgd положительный, матрица является проводящей, а Cgd физически основан на конденсаторе с толщиной оксида затвора. Традиционно, сложные подсхемы использовались, чтобы дублировать поведение мощного MOSFET. Было написано новое встроенное устройство специй, которое воплощает это поведение в интересах скорости вычислений, надежности сходимости и простоты написания моделей. Модель DC аналогична монолитному MOSFET уровня 1, за исключением того, что длина и ширина по умолчанию равны единице, так что коэффициент трансдуктивности может быть задан напрямую без масштабирования. Модель переменного тока выглядит следующим образом. Емкость затвор-источник принимается постоянной. Опытным путем было установлено, что это хорошее приближение для мощных полевых МОП-транзисторов, если напряжение затвор-исток не приводится в действие отрицательным. Емкость затвор-сток принимает следующую эмпирически найденную форму:

Для положительного Vgd Cgd изменяется как гиперболический тангенс Vgd. Для отрицательного Vdg Cgd изменяется как арктангенс Vgd. Параметры модели a, Cgdmax и Cgdmax параметризуют емкость стока затвора. Емкость исток-сток поступает через градуированную емкость диода корпуса, подключенного к электродам стока истока, вне сопротивлений истока и истока.

В файле модели можно найти следующие значения

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

— Марио
источник

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}

$V_{ds}$ отличается на 6,5 В или около того. Это не локализует изменения, о которых

— стоит

@scanny - Смена Cgd происходит в более широком диапазоне, мне просто было лень проводить дополнительную симуляцию, чтобы найти точное значение Vgs, необходимое для определенного Vds. Если вы сделаете это самостоятельно, вы увидите, что Cgd уже начинает увеличиваться при Vds около 5 В.

— Марио

V_{G D} = 0

$V_{GD}=0$

V_{G S}

$V_{GS}$

@scanny - я добавил обновление с цитатой из ссылки, которая показывает, как моделируется Cgd в случае используемого транзистора VDMOS.

— Марио

Сладкий! Это объясняет это! Спасибо Марио! :) Где вы нашли ссылку?

— сканы

ОБНОВЛЕНИЕ: Марио получил правильный ответ выше, так что оставьте его только для исторического интереса. Такое поведение, по-видимому, связано с тем, что это VDMOS (как и многие мощные MOSFET, которые я собираю), что может объяснить, почему многие из общих ресурсов MOSFET (которые имеют тенденцию фокусироваться на монолитных MOSFET) не упоминали об этом явлении.

Хорошо, как только я собирался отказаться от понимания этого, сети дали мне кусочек:

Это из IXYS Application Note AN-401 , стр. 3.

Там нет объяснения физики устройства за этим, но я достаточно доволен этим на данный момент. Эта кривая вполне объяснит перегиб, который я вижу.

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

Если кто-то имеет ссылку или знает физику достаточно хорошо, чтобы объяснить кривую выше, я был бы очень благодарен. Я дам правильный ответ cookie любому, кто сможет :)

— scanny
источник

У меня вопрос: почему наклон должен быть линейным?

Фактически, в течение 150 нс плато Миллера сопротивление канала MOSFET падает от почти бесконечности до очень малого значения. Даже если оно падает линейно, выходное напряжение делителя, образованное R = 100 Ом и R DS МОП-транзистора, не является линейным.

И есть нелинейная зависимость R DS от заряда затвора; Вы не можете найти его в таблицах, но мы знаем, что оно нелинейное.

Поэтому это поведение естественно.

На мой взгляд, у вас действительно хорошая тестовая установка, однако нехорошо управлять силовым полевым МОП-транзистором от источника 50 Ом в реальной силовой цепи.

— Мастер
источник