Gate-Kapazität und Miller-Kapazität am MOSFET

Wie werden die Gate-Kapazität und die Miller-Kapazität für einen MOSFET modelliert? Wie ist das Verhalten für beide, wenn eine Gate-Spannung angelegt wird?

mosfet

— Sherby
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Was hat Ihre Forschung Ihnen bisher gesagt und sagen Sie nicht "meine Forschung hat mich zu der Überzeugung geführt, dass das Stellen der Frage zu EE das schnellste Ergebnis liefert".

— Andy aka

Ich habe den Gate-Kapazitätsteil herausgefunden und wie er sich mit dem Strom eines MOSFET-Treibers ändert. Aber ich konnte den Effekt auf die Müllerkapazität nicht herausfinden. Ich habe nicht nach der Arbeit gefragt, nur wie sie modelliert sind? was mir nicht begegnet ist.

— Sherby

Ich habe gerade Ihren Kommentar abgefangen, bevor Sie ihn bearbeitet haben. "Danke, dass Sie unhöflich sind" war die ursprüngliche Eröffnungserklärung in Ihrem Kommentar. Hat mich zum Lächeln gebracht. Ich denke, Sie müssen erklären, was Sie über die Müllerkapazität wissen, damit die Leute Ihre Frage kurz und bündig beantworten können, ohne dass es zu Unhöflichkeit kommt. LOL.

— Andy aka

hehe. Ich wollte nicht dasselbe sein, also entfernte ich es. Ich weiß nicht viel über die Miller-Kapazität, habe nur den Miller-Effekt gelesen und gesehen, dass er eine offensichtliche Erhöhung der Eingangskapazität verursacht, aber ich habe nicht verstanden, wie er modelliert ist und ob es sich um einen Effekt handelt oder ob dort tatsächlich ein Kondensator vorhanden ist.

— Sherby

Antworten:

Es gibt immer eine Kapazität zwischen Drain und Gate, was ein echtes Problem sein kann. Ein üblicher MOSFET ist der FQP30N06L (60 V LOGIC N-Channel MOSFET). es hat die folgenden Kapazitätsangaben: -

Eingangskapazität 1040 pF (Gate zur Quelle)
Ausgangskapazität 350 pF (Drain zur Source)
Reverse Transfer Capacance 65 pF (Drain zum Gate)

Die Miller-Kapazität ist die oben aufgeführte Rückübertragungskapazität und die Eingangskapazität ist die Gate-Source-Kapazität. Die Ausgangskapazität reicht von Drain bis Source.

Bei einem MOSFET ist die Eingangskapazität normalerweise die größte der drei, da die Gate-Isolation sehr dünn sein muss, um einen angemessenen Durchsatz zu erzielen (Änderung des Drainstroms bei Änderung der Gate-Source-Spannung), und dies erhöht die Gate-Source-Kapazität.

Die Miller-Kapazität (Rückübertragungskapazität) ist normalerweise die kleinste, kann jedoch schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung haben.

Betrachten Sie den MOSFET über dem Schalten einer 10A-Last von einer Versorgungsspannung von 50V. Wenn Sie das Gate antreiben, um das Gerät am Abfluss einzuschalten, ist zu erwarten, dass es innerhalb weniger hundert Nanosekunden von 50 V auf 0 V abfällt. Leider entfernt die schnell abfallende Drain-Spannung (beim Einschalten des Geräts) die Gate-Ladung über die Müller-Kapazität und dies kann dazu führen, dass das Gerät ausgeschaltet wird. Dies wird als negative Rückkopplung bezeichnet und kann zu weniger als idealen Schaltzeiten (Ein und Aus) führen.

Der Trick besteht darin, sicherzustellen, dass das Tor leicht übersteuert wird, um dies zu berücksichtigen. Sehen Sie sich das folgende Bild aus dem Datenblatt FQP30N06L an: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es zeigt, was Sie erwarten können, wenn die Gate-Spannung 5 V und der Drain-Strom 10 A beträgt - Sie erhalten einen Spannungsabfall über das Gerät von ca. 0,35 V (Verlustleistung von 3,5 W). Wenn jedoch die Drain-Spannung schnell von 50 V abfällt, kann die Ladung vom Gate entfernt werden sein, dass ein Drittel der Gate-Spannung während des Schaltvorgangs vorübergehend "verloren" geht. Dies wird gemindert, indem sichergestellt wird, dass die Gate-Ansteuerspannung von einer niedrigen Quellenimpedanz stammt. Wenn jedoch ein Drittel verloren geht, ist es für einen kurzen Zeitraum so, als hätte die Gate-Spannung 3,5 V und dies führt zu mehr Verlustleistung beim Schalten.

Gleiches gilt beim Ausschalten des MOSFET; Der plötzliche Anstieg der Drain-Spannung injiziert Ladung in das Gate und dies hat den Effekt, dass der MOSFET leicht eingeschaltet wird.

Wenn Sie besser schalten möchten, schauen Sie sich das Datenblatt an und übersteuern Sie die Gate-Spannung, um sie einzuschalten. Wenn möglich, legen Sie eine negative Ansteuerspannung an, um sie auszuschalten. Verwenden Sie in allen Fällen Treiber mit niedriger Impedanz. Das Datenblatt für den FQP30N06L gibt an, dass für die Anstiegs- und Abfallzeitspezifikationen eine Ansteuerimpedanz von 25 Ohm verwendet wird.

Erwähnenswert ist auch, wie sich die Spannung auf die verschiedenen Kapazitäten auswirkt. Schauen Sie sich dieses Diagramm an: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bei sehr kleinen Drain-Spannungen beträgt die Müller-Kapazität (Crss) fast 1 nF - vergleichen Sie dies, wenn das Gerät ausgeschaltet ist (z. B. 50 V am Drain) - die Kapazität ist wahrscheinlich auf weniger als 50 pF gefallen. Siehe auch, wie sich die Spannung auf die beiden anderen Kapazitäten auswirkt.

— Andy aka
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Ich vermute, Sie haben ein bestimmtes Gerät oder eine bestimmte Gerätegröße für die von Ihnen beanspruchten 100 pF im Sinn.

— Platzhalter

@rawbrawb Kein bestimmtes Gerät - ich hätte wahrscheinlich etwas klarer sein sollen und vielleicht in den niedrigen 100ern von Pico Farad Range gesagt.

— Andy aka

Sie können auf jedem Gerät fräsen, auch nur auf einem Verstärker. Die Eingangsstufe eines Verstärkers innerhalb eines IC kann nur wenige fFs Gate-Kapazität aufweisen, wobei die Müller-Kapazität in der Größenordnung von 100 aFs liegt. Ihre Nummer gilt möglicherweise nur für einen bestimmten MOSFET mit sehr großer Leistung (Hexfet?) Oder ähnliches.

— Platzhalter

@rawbrawb - Ich habe immer noch MOSFETs ins Visier genommen, aber die Antwort überarbeitet.

— Andy aka

Guter Artikel. Vielen Dank für die Erklärung des Effekts der Miller-Kapazität und warum wir das Gate des MOSFET

Ich befürchte, dass der Begriff "Miller" -Kapazität noch nicht richtig erklärt wurde. Es wurde gesagt, dass die Miller-Kapazität mit der Drain-Gate-Kapazität identisch wäre. Ich denke, das muss geklärt werden.

Das Problem ist, dass der Miller-Effekt (verursacht durch negative Rückkopplung) die Eingangsleitfähigkeit am Gate erhöht (bei üblichen Source-Konfigurationen). Dies gilt für alle leitenden Elemente zwischen Drain und Gate (innerhalb und / oder außerhalb des Geräts).

Wir können grob sagen, dass der Miller-Effekt anscheinend die Eingangskapazität am Gate um einen Faktor erhöht, der der Verstärkung A der Stufe entspricht, daher: Cin ~ A * Cdg.

Das heißt - was die Modellierung betrifft: Der Miller-Effekt wird überhaupt nicht modelliert und Cdg wird so modelliert, wie er ist (zwischen D und G). Eine mögliche Erhöhung aufgrund des Miller-Effekts hängt von der jeweiligen Anwendung ab.

— LvW
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