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?

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

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 :)

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.