Що викликає це коліно в моєму падінні напруги стоку MOSFET?

ЗАКЛЮЧНЕ ОНОВЛЕННЯ: Зрозумійте раніше загадкову потужність мерехтіння сигналу MOSFET, що перемикається! @Mario виявив тут першопричину, відмітну для так званих VDMOS- пристроїв, типових для багатьох MOSFET з потужністю, таких як IRF2805.

ОНОВЛЕННЯ: Знайшли підказку! :)

@PeterSmith в одному з коментарів нижче згадує про відмінний ресурс для розуміння специфікацій зарядки воріт у таблицях даних MOSFET.

На сторінці 6 в кінці другого абзацу міститься посилання на ідею, що стає постійним (перестає змінюватися як функція V D S ), коли v G D > 0. У ньому не згадується механізм , але це змусило мене задуматися про те, що може статися з v G D у коліні:$C_{GD}$$V_{DS}$$v_{GD}$$v_{GD}$

А син-пістолет виявляється правильним там, де піднімається вище 0V.$v_{GD}$

Тож якщо хтось розуміє, що таке механізм руху, я думаю, що це була б правильна відповідь :)

Я детально вивчаю характеристики комутації MOSFET в рамках свого дослідження комутаційних перетворювачів.

Я створив дуже просту схему на зразок:

Що виробляє цю форму сигналу включення MOSFET при моделюванні:

У плато Міллера з’являється коліно при падінні напруги стоку приблизно на 20%.

Я побудував схему вгору:

І область доволі добре підтверджує моделювання:

$C_{gd}$

Чи може хтось досвідчений з MOSFET допомогти мені зрозуміти?

Нахил напруги зливу залежить від ємності воріт-злив Cgd. У разі падаючої кромки транзистор повинен розряджати Cgd. Окрім струму навантаження для резистора, він також повинен занурювати струм, що протікає через Cgd.

Важливо пам’ятати, що Cgd - це не простий конденсатор, а нелінійна ємність, що залежить від робочої точки. При насиченні каналу на стороні зливу транзистора немає, а Cgd обумовлений ємністю перекриття між воротами та зливом. У лінійній області канал поширюється на сторону зливу, і Cgd є більшим, оскільки зараз великі ворота для ємності каналу є між воротами та стоком.

По мірі переходу транзистора між насиченістю та лінійною областю значення Cgd змінюється, а отже, і нахил напруги стоку.

За допомогою LTspice Cgd можна перевірити, використовуючи моделювання "робочої точки постійного струму". Результати можна переглянути, скориставшись "Переглядом / Spice Error Log".

Для Vgs 3,92 В Cgd становить близько 1,3 npF, оскільки Vds великий.

   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 4V Cgd набагато більший з приблизно 6,5nF через нижній 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

Варіант Cgd (мічений Crss) для різного зміщення можна побачити на графіку нижче, взятому з таблиці.

IRF2805 - це транзистор VDMOS, який показує іншу поведінку для Cgd. З Інтернету :

Дискретний вертикальний подвійний дифузійний транзистор MOSFET (VDMOS), який широко використовується в блоках живлення на платі, має поведінку, яка якісно відрізняється від вищезазначених монолітних моделей MOSFET. Зокрема, (i) діод тіла транзистора VDMOS з'єднаний інакше із зовнішніми клемами, ніж діод підкладки монолітного MOSFET, і (ii) нелінійність ємності затвора (Cgd) не може бути змодельована простою градуйованою ємності монолітних моделей MOSFET. У транзисторі VDMOS Cgd різко змінюється щодо нульової напруги зливного затвора (Vgd). Коли Vgd негативний, Cgd фізично базується на конденсаторі, який має затвор як один електрод, а стік на задній частині штампу, як і другий електрод. Ця ємність є досить низькою через товщину непровідного штамба. Але коли Vgd позитивний, штамп проводиться, а Cgd фізично заснований на конденсаторі з товщиною оксиду затвора. Традиційно розроблені складні схеми використовуються для дублювання поведінки силового MOSFET. Було написано нове внутрішнє пристрій для спецій, яке інкапсулює цю поведінку в інтересах швидкості обчислення, надійності конвергенції та простоти моделей написання. Модель постійного струму така ж, як монолітний MOSFET рівня 1, за винятком того, що довжина та ширина за замовчуванням до однієї, так що транскодуктивність може бути безпосередньо задана без масштабування. Модель змінного струму така. Ємність затвора-джерела приймається постійною. Це емпірично було визнано хорошим наближенням до потужності МОЗФЕТів, якщо напруга на джерелі затвора не приводиться негативно. Ємність воріт-злив має наступний емпірично знайдений вигляд:

Для позитивного Vgd Cgd змінюється як гіперболічна дотична Vgd. Для від'ємного Vdg Cgd змінюється залежно від дотичної дуги Vgd. Параметри моделі a, Cgdmax і Cgdmax параметризують ємність зливного затвора. Ємність зливу джерела подається за ступеневою ємністю діода тіла, з'єднаного поперек зливних електродів за межами джерела і опору зливу.

У файлі моделі можна знайти такі значення

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

ОНОВЛЕННЯ: Маріо отримав правильну відповідь вище, тому залишив цю лише для історичного інтересу. Така поведінка, схоже, має все спільне з тим, що це VDMOS (як і багато потужних MOSFET, які я збираю), що може пояснити, чому багато із загальних MOSFET-ресурсів (які, як правило, зосереджуються на монолітних MOSFET), не згадували про це явище.

Гаразд, як тільки я збирався відмовитись від розуміння цього, переплетення дало мені кусок:

Це з Примітки щодо застосування IXYS AN-401 , сторінка 3.

Пояснення фізики пристрою за цим не існує, але я поки що задоволений цим. Ця крива добре би пояснювала перегин, який я бачу.

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

Якщо хтось має довідку або знає фізику досить добре, щоб пояснити криву вище, я був би дуже вдячний. Я дам правильне печиво відповіді кожному, хто може :)

У мене виникає питання: чому нахил повинен бути лінійним?

Фактично, протягом 150 нс плато Міллера опір каналу MOSFET падає з майже нескінченності до дуже малого значення. Навіть вона падає лінійно, вихідна напруга дільника, утвореного R = 100 Ом і R DS MOSFET, не є лінійною.

І існує нелінійна залежність R DS від заряду затвора; ви не можете знайти його у таблицях даних, але ми знаємо, що це нелінійно.

Тому така поведінка природна.

На мій погляд, у вас дуже хороша тестова установка, однак, не годиться керувати MOSFET живлення від джерела потужністю 50 Ом у реальній схемі живлення.