Capacitancia de compuerta y capacitancia de Miller en el MOSFET

Siempre hay capacitancia entre drenaje y compuerta, lo que puede ser un problema real. Un MOSFET común es el FQP30N06L (MOSFET de 60 V LOGIC N-Channel). Tiene las siguientes cifras de capacitancia: -

• Capacitancia de entrada 1040 pF (puerta a la fuente)
• Capacitancia de salida 350 pF (drenaje a la fuente)
• Capacitancia de transferencia inversa 65 pF (drenaje a compuerta)

La capacitancia de Miller es la capacitancia de transferencia inversa mencionada anteriormente y la capacitancia de entrada es la capacitancia de la fuente de la puerta. La capacitancia de salida es del drenaje a la fuente.

Para un MOSFET, la capacitancia de entrada es generalmente la más grande de las tres porque para obtener un rendimiento decente (cambio en la corriente de drenaje para un cambio en el voltaje de la fuente de la puerta), el aislamiento de la puerta debe ser muy delgado y esto aumenta la puerta. fuente de capacitancia.

La capacitancia de Miller (capacitancia de transferencia inversa) suele ser la más pequeña, pero puede tener un efecto grave en el rendimiento.

Tenga en cuenta que el MOSFET anterior cambia una carga de 10 A de una tensión de alimentación de 50V. Si maneja la puerta para encender el dispositivo, se podría esperar que caiga de 50V a 0V en unos pocos cientos de nano segundos. Desafortunadamente, la caída del voltaje de drenaje (a medida que se enciende el dispositivo) 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 resultar en tiempos de conmutación (encendido y apagado) menos que ideales. / p>

El truco es asegurarse de que la compuerta esté sobreexcitada para adaptarse a esto. Mire la siguiente imagen tomada de la hoja de datos de FQP30N06L: -

Muestraloquepuedeesperarcuandolatensióndelacompuertaesde5Vylacorrientededrenajeesde10A;obtendráunacaídadevoltioseneldispositivodeaproximadamente0,35V(disipacióndepotenciade3,5W).Sinembargo,aldisminuirrápidamentelatensióndedrenajede50V,laeliminacióndelacargadelacompuertapuedesertalqueunterciodelatensióndelacompuertase"pierde" temporalmente en el proceso de conmutación. Esto se mitiga asegurándose de que el voltaje de activación de la puerta sea de una baja impedancia de la fuente, pero si se pierde un tercio, durante un breve período de tiempo es como tener la tensión de la puerta a 3.5 V y esto disipa más energía en el proceso de conmutación. p>

Lo mismo ocurre cuando se apaga el MOSFET; el aumento repentino en el voltaje de drenaje inyecta carga en la compuerta y esto tiene el efecto de encender el MOSFET ligeramente.

Si desea una mejor conmutación, mire la hoja de datos y sobreexcite la tensión de la compuerta para encenderla y, si es posible, aplique una tensión negativa en la unidad para desactivarla. En todos los casos utilice controladores de baja impedancia. La hoja de datos del FQP30N06L indica que las especificaciones de tiempo de subida y bajada utilizan una impedancia de unidad de 25 ohmios.

También vale la pena mencionar cómo las distintas capacidades se ven afectadas por el voltaje. Mira este diagrama: -

Para voltajes de drenaje muy pequeños, la capacitancia del molinero (Crss) es casi de 1 nF. Compare esto cuando el dispositivo está apagado (por ejemplo, 50 V en el desagüe). La capacitancia se ha reducido a probablemente menos de 50 pF. Vea también cómo afecta el voltaje a las otras dos capacitancias.

Me temo que el término "capacitancia de Miller" aún no se ha explicado correctamente. Se dijo que la capacitancia de Miller sería idéntica a la capacitancia de drenaje a compuerta. Creo que esta aclaración necesita.

El problema es que el efecto Miller (causado por una 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).

En términos generales, podemos decir que el efecto de Miller aumenta aparentemente 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 que, en lo que se refiere al modelado: el efecto Miller no se modela en absoluto y Cdg se modela tal como está (entre D y G). Un posible aumento debido al efecto Miller depende de la aplicación particular.