Gate Capacitance e Miller Capacitance no MOSFET

Como a capacitância Gate e a capacitância Miller são modeladas para um MOSFET. Qual é o comportamento de ambos quando uma tensão de porta é aplicada?

Sempre há capacitância entre o dreno e o portão, o que pode ser um problema real. Um MOSFET comum é o FQP30N06L (MOSFET N-Channel 60V LOGIC). possui os seguintes valores de capacitância: -

• Capacitância de entrada 1040 pF (gate to source)
• Capacitância de saída 350 pF (dreno para a fonte)
• Capacitância de transferência reversa 65 pF (dreno para porta)

A capacitância de Miller é a capacitância de transferência reversa listada acima e a capacitância de entrada é a capacitância da porta-fonte. A capacitância de saída é do dreno para a fonte.

Para um MOSFET, a capacitância de entrada geralmente é a maior das três porque, para obter uma taxa de transferência decente (alteração na corrente de dreno para uma alteração na tensão da fonte da porta), o isolamento da porta deve ser muito fino e isso aumenta a capacitância da fonte da porta.

A capacitância de Miller (capacitância de transferência reversa) é geralmente a menor, mas pode ter um efeito sério no desempenho.

Considere o MOSFET acima ao alternar uma carga de 10 A de uma tensão de alimentação de 50V. Se você acionar o portão para ligar o dispositivo no dreno, poderá cair de 50V para 0V dentro de algumas centenas de nano segundos. Infelizmente, a tensão de dreno que cai rapidamente (à medida que o dispositivo liga) remove a carga da porta através da capacitância do moinho e isso pode começar a desligar o dispositivo - é chamado de feedback negativo e pode resultar em tempos de comutação inferiores ao ideal (ligado e desligado).

O truque é garantir que o portão seja acionado levemente para acomodar isso. Veja a seguinte foto tirada da folha de dados do FQP30N06L: -

Ele mostra o que você pode esperar quando a tensão do portão é de 5V e a corrente de dreno é de 10A - você receberá uma queda de voltagem no dispositivo de cerca de 0,35V (dissipação de energia de 3,5W). No entanto, com a tensão de drenagem caindo rapidamente de 50V, a remoção de carga do portão pode ser tal que um terço da tensão do portão seja temporariamente "perdido" no processo de comutação. Isso é atenuado ao garantir que a tensão de acionamento do gate seja de baixa impedância da fonte, mas, se um terço for perdido, por um curto período de tempo, é como ter a tensão do gate em 3,5V e isso dissipa mais energia no processo de comutação.

O mesmo acontece ao desligar o MOSFET; o aumento repentino na tensão do dreno injeta carga no portão e isso tem o efeito de ativar ligeiramente o MOSFET.

Se você deseja uma melhor comutação, observe a folha de dados e passe a tensão do portão para ligá-lo e, se possível, aplique tensão de inversão negativa para desligá-lo. Em todos os casos, use drivers de baixa impedância. A folha de dados do FQP30N06L indica que as especificações de tempo de subida e descida usam uma impedância de unidade de 25 ohm.

Também vale a pena mencionar sobre como as várias capacitâncias são afetadas pela tensão. Veja este diagrama: -

Para tensões de dreno muito pequenas, a capacitância do moinho (Crss) é de quase 1 nF - compare isso quando o dispositivo é desligado (digamos, 50V no dreno) - a capacitância caiu para provavelmente menos de 50pF. Veja também como a tensão afeta as outras duas capacitâncias.

Receio que o termo capacitância "Miller" ainda não tenha sido explicado adequadamente. Dizia-se que a capacitância de Miller seria idêntica à capacitância de dreno para portão. Eu acho que isso precisa de esclarecimentos.

O problema é que o efeito Miller (causado por feedback negativo) aumenta a condutância de entrada no portão (no caso de configurações de fonte comuns). Isso se aplica a qualquer elemento condutor entre o dreno e a porta (dentro e / ou fora do dispositivo).

Aproximadamente, podemos dizer que o efeito Miller aparentemente aumenta a capacitância de entrada no gate por um fator igual ao ganho A do estágio, portanto: Cin ~ A * Cdg.

Isso significa - no que diz respeito à modelagem: o efeito Miller não é modelado e o Cdg é modelado como é (entre D e G). Um possível aumento devido ao efeito Miller depende da aplicação específica.