Ausgangskapazität des MOSFET

Ich habe in mehreren Anwendungshinweisen gelesen, dass es eine Region namens Miller-Plateau gibt, in der der Strom in den Cgd so groß ist, dass fast kein Strom in Cgs eintritt und die Gate-Spannung nahezu konstant bleibt.

Die Miller-Spannung soll die Vgs sein, für die es eine schnelle Änderung in Vds für eine Last ZL und einen Drainstrom Id gibt. Wenn also für eine bestimmte Gate-Spannung der Drain-Strom groß ist und die Impedanz ebenfalls groß ist, muss Vds sehr niedrig abfallen, um diesen Drain-Strom aufzunehmen.

Meine Frage lautet wie folgt: Hängt die Rate, mit der die Drain-Spannung abfällt, von der Ausgangskapazität Cds des MOSFET ab? Wenn ja, wie entlädt sich die Ausgangskapazität des MOSFET?

PS: Kein Anwendungshinweis scheint die Ausgangskapazität des MOSFET für die Schalteigenschaften zu berücksichtigen.

Die Ausgangskapazität ist eine Art Effekt zweiter Ordnung, der meist vernachlässigt wird. Was die Vds-Steigung regelt, ist Cgd, aber natürlich wird ein Teil des Drain-Stroms in die Ausgangskapazität umgeleitet. Schauen Sie hier electronic.stackexchange.com/a/402468/50872 für eine grundlegende Schaltanalyse
Der Vergleich zu einem invertierenden Verstärker (Integrator) ist schön. Es klärt es etwas auf. Aber was ist mit dem Schalten von ohmschen Lasten? Beim Schalten von Induktorlasten ist der Drain-Strom bekannt, sodass die Miller-Spannung einfach zu berechnen wäre.

Antworten (1)

Das Miller-Plateau ist keine Eigenschaft des FET selbst, sondern des FET in Kombination mit seiner Schaltung (meistens der Last).

Diese Erklärung ist etwas vereinfacht und ignoriert einige Nicht-Idealitäten von FETs.

FETs haben eine Kapazität zwischen Gate und Source (meistens konstant) und Gate-zu-Drain (bei Hochspannungs-FETs vom LDMOS-Typ ist diese groß, wenn VGD hoch ist, und klein, wenn VD >> VG.

Große FETs haben auch einen hohen gm (Änderung des Drainstroms bei Änderung von VGS). Wenn Sie einen FET mit einer "perfekten" Stromquellenlast haben, ändert sich die Drain-Spannung nicht, wenn VGS niedriger als der zum Leiten des Laststroms erforderliche Wert ist. Wenn VGS jedoch nur geringfügig höher ist, fällt die Drain-Spannung (auf typischerweise einige 100 mV). Somit führt eine kleine Änderung in VGS zu einer großen Änderung in VDS. Die Spannung des Drain-Gate-Kondensators muss sich während dieser Zeit ändern, und der Strom dafür kommt vom Gate-Treiber.

Wenn der Treiber die Gate-Spannung auf etwa den Wert zum Leiten des Laststroms bringt, bleibt VGS konstant und VDS beginnt zu fallen. Der gesamte verfügbare Gate-Treiberstrom fließt in den CDG-Kondensator (und dann zusammen mit dem Laststrom in den Drain des FET).

Idealerweise (mit einem kleinen Gate-Treiberstrom, konstanter ILOAD, idealem FET und keinen anderen Parasiten) würde VGS konstant bleiben, wenn VDS fällt.

Einige Nicht-Idealitäten werden jedoch das Verhalten in der Realität beeinflussen.

Die Drain-Source-Kapazität (und die Drain-Bulk-Kapazität) des FET musste sich ebenfalls entladen – dieser Strom wird auch vom FET geleitet.

FETs haben auch eine Ausgangsimpedanz ungleich Null – es ist eine etwas höhere VGS erforderlich, um einen bestimmten Drain-Strom zu unterstützen, wenn VDS fällt.

CDG ist auch nichtlinear und ändert den Wert bei verschiedenen VDG.

Daher ist das Miller-Plateau nicht perfekt flach und tritt nicht genau bei der VGS auf, die zur Unterstützung von ILOAD erforderlich ist.

Der gesamte Drainstrom ist ILOAD + CDS * dVDS/dt + CGS * dVDG/dt. Daher ist eine etwas höhere VGS als erwartet (aus DC-Messungen) erforderlich.

Die Ausgangsimpedanz des FET bedeutet, dass etwas höheres VGS erforderlich ist, wenn VDS fällt. Diese erhöhte VGS nimmt auch einen Teil des verfügbaren Stroms des Gate-Treibers auf, um die VGS-Kapazität inkrementell aufzuladen.

Ein Lastwiderstand (im Gegensatz zu einem konstanten Strom) erfordert deutlich unterschiedliche VGS (um den zunehmenden Laststrom zu unterstützen), wenn die Drain-Spannung fällt.

In der Praxis sind diese Nicht-Idealitäten normalerweise ziemlich klein, und ein Miller-Plateau ist in der Nähe der erwarteten VGS leicht zu beobachten.

Für die spezielle Frage nach der VDS-Abfallrate in Abhängigkeit von der Ausgangskapazität – ja, aber normalerweise ist der Effekt gering – vergleichen Sie ILOAD mit CDS.dVDS/dt.

In Schaltungen mit hoher Leistung und hoher Schaltgeschwindigkeit (siehe z. B. DCDC-Wandler), bei denen die Schaltzeiten im ns-Bereich liegen, kann es einen merklichen Effekt der CDS-Kapazität auf die Anstiegsgeschwindigkeit der Drain-Spannung geben.