Capacità di gate e capacità di Miller sul MOSFET

Come sono modellate la capacità del gate e la capacità del Miller per un MOSFET. Qual è il comportamento di entrambi quando viene applicata una tensione di gate?

C'è sempre capacità tra drain e gate che può essere un vero problema. Un MOSFET comune è il FQP30N06L (MOSFET N-Channel LOGIC 60V). ha le seguenti cifre di capacità: -

• Capacità di ingresso 1040 pF (gate to source)
• Capacità di uscita 350 pF (drain to source)
• Capacità di trasferimento inversa 65 pF (drain to gate)

La capacità di Miller è la capacità di trasferimento inversa sopra elencata e la capacità di ingresso è la capacità gate-source. La capacità di uscita è da drain a source.

Per un MOSFET, la capacità di ingresso è di solito la più grande delle tre perché per ottenere un throughput decente (variazione della corrente di drain per una variazione della tensione gate-source), l'isolamento del gate deve essere molto sottile e questo aumenta la capacità gate-source.

La capacità di Miller (capacità di trasferimento inverso) è in genere la più piccola, ma può avere un effetto grave sulle prestazioni.

Considera il MOSFET sopra che commuta un carico di 10A da una tensione di alimentazione di 50 V. Se si guida il cancello per accendere il dispositivo, è possibile che lo scarico scenda da 50 V a 0 V entro poche centinaia di nano secondi. Sfortunatamente la tensione di drenaggio in rapida caduta (quando il dispositivo si accende) rimuove la carica del gate tramite la capacità del mugnaio e questo può iniziare a spegnere il dispositivo - si chiama feedback negativo e può portare a tempi di commutazione inferiori a quelli ideali (accensione e spegnimento).

Il trucco è garantire che il cancello sia leggermente guidato per adattarlo. Guarda la seguente immagine presa dalla scheda tecnica FQP30N06L: -

Mostra cosa ci si può aspettare quando la tensione del gate è 5V e la corrente di drain è 10A - si otterrà una caduta di volt sul dispositivo di circa 0,35 V (dissipazione di potenza di 3,5 W). Tuttavia, con la tensione di drain che scende rapidamente da 50 V, la rimozione della carica dal gate può essere tale che un terzo della tensione del gate viene temporaneamente "perso" nel processo di commutazione. Ciò viene mitigato assicurandosi che la tensione del gate drive provenga da una bassa impedenza della sorgente ma, se un terzo viene perso, per un breve periodo di tempo è come avere la tensione del gate a 3,5 V e questo dissipa più potenza nel processo di commutazione.

Lo stesso vale quando si spegne il MOSFET; l'improvviso aumento della tensione di scarico inietta carica nel cancello e questo ha l'effetto di accendere leggermente il MOSFET.

Se si desidera una migliore commutazione, consultare la scheda tecnica e sovraccaricare la tensione di gate per accenderla e, se possibile, applicare una tensione di pilotaggio negativa per spegnerla. In tutti i casi utilizzare driver a bassa impedenza. La scheda tecnica per FQP30N06L indica che le specifiche dei tempi di salita e discesa utilizzano un'impedenza di azionamento di 25 ohm.

Vale anche la pena ricordare come le varie capacità sono influenzate dalla tensione. Guarda questo diagramma: -

Per tensioni di drenaggio molto ridotte, la capacità del mugnaio (Crss) è quasi 1nF - confrontare questo quando il dispositivo è spento (diciamo 50V in drain) - la capacità è scesa probabilmente a meno di 50pF. Vedi anche come la tensione influisce sulle altre due capacità.

Temo che il termine capacità "Miller" non sia stato ancora adeguatamente spiegato. Si diceva che la capacità di Miller sarebbe stata identica alla capacità drain-to-gate. Penso che questo abbia bisogno di chiarimenti.

Il problema è che l'effetto Miller (causato da feedback negativo) aumenta la conduttanza di ingresso al gate (nel caso di configurazioni di sorgenti comuni). Questo vale per qualsiasi elemento conduttore tra drenaggio e cancello (interno e / o esterno al dispositivo).

Approssimativamente possiamo dire che l'effetto Miller apparentemente aumenta la capacità di ingresso al gate di un fattore pari al guadagno A dello stadio, quindi: Cin ~ A * Cdg.

Ciò significa - per quanto riguarda la modellazione: l'effetto Miller non è affatto modellato e Cdg è modellato così com'è (tra D e G). Un possibile aumento dovuto all'effetto Miller dipende dalla particolare applicazione.