Capacitancia de puerta y capacitancia de Miller en el MOSFET
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¿Cómo se modela la capacitancia Gate y la capacitancia Miller para un MOSFET? ¿Cuál es el comportamiento de ambos cuando se aplica un voltaje de puerta?
Lo que su investigación le ha dicho hasta ahora y no dice "mi investigación me ha llevado a creer que hacer la pregunta sobre EE produce el resultado más rápido".
Andy aka
Descubrí la parte de capacitancia de la puerta y cómo cambia con la corriente de un controlador MOSFET. Pero no pude averiguar el efecto sobre la capacitancia de Miller. No pedí el trabajo, ¿cómo se modelan? que no encontré.
Sherby
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Acabo de captar su comentario antes de que lo editara "Gracias por ser grosero" fue la declaración inicial original en su comentario. Me hizo sonreir. Creo que debe explicar lo que sabe sobre la capacitancia de Miller para que las personas puedan responder su pregunta sucintamente sin ninguna grosería.
Andy alias
jeje. No quería ser el mismo, así que lo eliminé. No sé mucho sobre la capacitancia de Miller, solo leí sobre el efecto molinero y vi que causa un aumento aparente en la capacitancia de entrada, pero no entendí cómo se modela, y si es un efecto o hay realmente un condensador allí.
Sherby
Respuestas:
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Siempre hay capacitancia entre el drenaje y la compuerta, lo que puede ser un problema real. Un MOSFET común es el FQP30N06L (MOSFET N-Channel LOGIC 60V). tiene las siguientes cifras de capacitancia:
Capacitancia de entrada 1040 pF (puerta a fuente)
Capacitancia de salida 350 pF (drenaje a fuente)
Capacidad de transferencia inversa 65 pF (drenaje a puerta)
La capacitancia de Miller es la capacitancia de transferencia inversa mencionada anteriormente y la capacitancia de entrada es la capacitancia de la fuente de puerta. La capacitancia de salida es desde el drenaje hasta la fuente.
Para un MOSFET, la capacitancia de entrada suele ser la mayor de las tres porque para obtener un rendimiento decente (cambio en la corriente de drenaje por un cambio en el voltaje de la fuente de la compuerta), el aislamiento de la compuerta debe ser muy delgado y esto aumenta la capacitancia de la fuente de la compuerta.
La capacitancia de Miller (capacitancia de transferencia inversa) suele ser la más pequeña, pero puede tener un efecto grave en el rendimiento.
Considere el MOSFET anterior para cambiar una carga de 10 A desde una tensión de alimentación de 50 V. Si conduce la puerta para encender el dispositivo en el drenaje, se podría esperar que caiga de 50V a 0V en unos pocos cientos de nano segundos. Desafortunadamente, el voltaje de drenaje que cae rápidamente (cuando el dispositivo se enciende) elimina la carga de la compuerta a través de la capacitancia del molinero y esto puede comenzar a apagar el dispositivo; se llama retroalimentación negativa y puede dar como resultado tiempos de conmutación menos que ideales (encendido y apagado).
El truco es asegurarse de que la puerta se sobrepasa ligeramente para acomodar esto. Mire la siguiente imagen tomada de la hoja de datos FQP30N06L: -
Muestra lo que puede esperar cuando el voltaje de la puerta es de 5 V y la corriente de drenaje es de 10 A: obtendrá una caída de voltaje en el dispositivo de aproximadamente 0.35 V (disipación de potencia de 3.5 W). Sin embargo, con el voltaje de drenaje cayendo rápidamente de 50V, la eliminación de carga de la puerta puede ser tal que un tercio del voltaje de la puerta se "pierde" temporalmente en el proceso de conmutación. Esto se mitiga asegurándose de que el voltaje de accionamiento de la compuerta provenga de una baja impedancia de la fuente pero, si se pierde un tercio, durante un corto período de tiempo es como tener el voltaje de la compuerta a 3.5V y esto disipa más potencia en el proceso de conmutación.
Lo mismo es cierto al apagar el MOSFET; el aumento repentino en el voltaje de drenaje inyecta carga en la puerta y esto tiene el efecto de encender ligeramente el MOSFET.
Si desea una mejor conmutación, mire la hoja de datos y sobrecargue el voltaje de la puerta para encenderlo y, si es posible, aplique un voltaje de accionamiento negativo para apagarlo. En todos los casos, utilice controladores de baja impedancia. La hoja de datos para el FQP30N06L indica que las especificaciones de tiempo de subida y bajada usan una impedancia de accionamiento de 25 ohmios.
También vale la pena mencionar cómo las diversas capacidades se ven afectadas por el voltaje. Mira este diagrama: -
Para voltajes de drenaje muy pequeños, la capacitancia miller (Crss) es casi 1 nF (compárelo cuando el dispositivo está apagado (por ejemplo, 50 V en el drenaje)), la capacitancia se ha reducido probablemente a menos de 50 pF. Vea también cómo el voltaje afecta las otras dos capacitancias.
Sospecho que tiene en mente un dispositivo o tamaño de dispositivo en particular para los 100 pF que reclama.
marcador de posición
@rawbrawb Ningún dispositivo en particular: probablemente debería haber sido un poco más claro y tal vez dicho en los bajos 100s del rango de pico faradios.
Andy alias
Puede obtener fresado en cualquier dispositivo, incluso solo un amplificador. La etapa de entrada en un amplificador dentro de un IC podría ser solo unos pocos fF de capacitancia de compuerta con una capacitancia miller del orden de 100 de aF. Su número solo puede aplicarse a un MOSFET de potencia muy grande específico (¿Hexfet?) O similar.
marcador de posición
@rawbrawb: todavía he apuntado a MOSFET pero he renovado la respuesta.
Andy alias
Buen artículo. Gracias por explicar el efecto de la capacitancia de Miller y por qué necesitamos sobrepasar la puerta del MOSFET
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Me temo que el término capacitancia "Miller" aún no se ha explicado correctamente. Se dijo que la capacitancia de Miller sería idéntica a la capacitancia de drenaje a puerta. Creo que esto necesita una aclaración.
El problema es que el efecto Miller (causado por la retroalimentación negativa) aumenta la conductancia de entrada en la puerta (en el caso de configuraciones de fuente comunes). Esto se aplica a cualquier elemento conductor entre el drenaje y la compuerta (dentro y / o fuera del dispositivo).
Aproximadamente podemos decir que el efecto Miller aparentemente aumenta la capacitancia de entrada en la puerta en un factor igual a la ganancia A de la etapa, por lo tanto: Cin ~ A * Cdg.
Eso significa, en lo que respecta al modelado: el efecto Miller no se modela en absoluto y Cdg se modela como está (entre D y G). Un posible aumento debido al efecto Miller depende de la aplicación particular.
Respuestas:
Siempre hay capacitancia entre el drenaje y la compuerta, lo que puede ser un problema real. Un MOSFET común es el FQP30N06L (MOSFET N-Channel LOGIC 60V). tiene las siguientes cifras de capacitancia:
La capacitancia de Miller es la capacitancia de transferencia inversa mencionada anteriormente y la capacitancia de entrada es la capacitancia de la fuente de puerta. La capacitancia de salida es desde el drenaje hasta la fuente.
Para un MOSFET, la capacitancia de entrada suele ser la mayor de las tres porque para obtener un rendimiento decente (cambio en la corriente de drenaje por un cambio en el voltaje de la fuente de la compuerta), el aislamiento de la compuerta debe ser muy delgado y esto aumenta la capacitancia de la fuente de la compuerta.
La capacitancia de Miller (capacitancia de transferencia inversa) suele ser la más pequeña, pero puede tener un efecto grave en el rendimiento.
Considere el MOSFET anterior para cambiar una carga de 10 A desde una tensión de alimentación de 50 V. Si conduce la puerta para encender el dispositivo en el drenaje, se podría esperar que caiga de 50V a 0V en unos pocos cientos de nano segundos. Desafortunadamente, el voltaje de drenaje que cae rápidamente (cuando el dispositivo se enciende) elimina la carga de la compuerta a través de la capacitancia del molinero y esto puede comenzar a apagar el dispositivo; se llama retroalimentación negativa y puede dar como resultado tiempos de conmutación menos que ideales (encendido y apagado).
El truco es asegurarse de que la puerta se sobrepasa ligeramente para acomodar esto. Mire la siguiente imagen tomada de la hoja de datos FQP30N06L: -
Muestra lo que puede esperar cuando el voltaje de la puerta es de 5 V y la corriente de drenaje es de 10 A: obtendrá una caída de voltaje en el dispositivo de aproximadamente 0.35 V (disipación de potencia de 3.5 W). Sin embargo, con el voltaje de drenaje cayendo rápidamente de 50V, la eliminación de carga de la puerta puede ser tal que un tercio del voltaje de la puerta se "pierde" temporalmente en el proceso de conmutación. Esto se mitiga asegurándose de que el voltaje de accionamiento de la compuerta provenga de una baja impedancia de la fuente pero, si se pierde un tercio, durante un corto período de tiempo es como tener el voltaje de la compuerta a 3.5V y esto disipa más potencia en el proceso de conmutación.
Lo mismo es cierto al apagar el MOSFET; el aumento repentino en el voltaje de drenaje inyecta carga en la puerta y esto tiene el efecto de encender ligeramente el MOSFET.
Si desea una mejor conmutación, mire la hoja de datos y sobrecargue el voltaje de la puerta para encenderlo y, si es posible, aplique un voltaje de accionamiento negativo para apagarlo. En todos los casos, utilice controladores de baja impedancia. La hoja de datos para el FQP30N06L indica que las especificaciones de tiempo de subida y bajada usan una impedancia de accionamiento de 25 ohmios.
También vale la pena mencionar cómo las diversas capacidades se ven afectadas por el voltaje. Mira este diagrama: -
Para voltajes de drenaje muy pequeños, la capacitancia miller (Crss) es casi 1 nF (compárelo cuando el dispositivo está apagado (por ejemplo, 50 V en el drenaje)), la capacitancia se ha reducido probablemente a menos de 50 pF. Vea también cómo el voltaje afecta las otras dos capacitancias.
fuente
Me temo que el término capacitancia "Miller" aún no se ha explicado correctamente. Se dijo que la capacitancia de Miller sería idéntica a la capacitancia de drenaje a puerta. Creo que esto necesita una aclaración.
El problema es que el efecto Miller (causado por la retroalimentación negativa) aumenta la conductancia de entrada en la puerta (en el caso de configuraciones de fuente comunes). Esto se aplica a cualquier elemento conductor entre el drenaje y la compuerta (dentro y / o fuera del dispositivo).
Aproximadamente podemos decir que el efecto Miller aparentemente aumenta la capacitancia de entrada en la puerta en un factor igual a la ganancia A de la etapa, por lo tanto: Cin ~ A * Cdg.
Eso significa, en lo que respecta al modelado: el efecto Miller no se modela en absoluto y Cdg se modela como está (entre D y G). Un posible aumento debido al efecto Miller depende de la aplicación particular.
fuente