¿Qué causa esta caída de la rodilla en mi caída de voltaje de drenaje MOSFET?

La pendiente de la tensión de drenaje depende de la capacitancia puerta-drenaje Cgd. En el caso de la caída del borde, el transistor tiene que descargar Cgd. Además de la corriente de carga para la resistencia, también tiene que hundir la corriente que fluye a través de Cgd.

Es importante tener en cuenta que Cgd no es un condensador simple sino una capacitancia no lineal que depende del punto de operación. En la saturación no hay ningún canal en el lado de drenaje del transistor y Cgd se debe a la capacidad de superposición entre la compuerta y el drenaje. En la región lineal, el canal se extiende hacia el lado de drenaje y Cgd es más grande porque ahora la capacitancia grande de la puerta al canal está presente entre la puerta y el drenaje.

A medida que el transistor transita entre la saturación y la región lineal, el valor de Cgd cambia y, por lo tanto, también la pendiente de la tensión de drenaje.

El uso de LTspice Cgd se puede inspeccionar utilizando la simulación del "punto de operación de CC". Los resultados se pueden ver usando "Ver / Registro de errores de especias".

Para un Vgs de 3.92V, el Cgd es alrededor de 1.3 npF porque Vds es alto.

   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

Para un Vgs de 4V, el Cgd es mucho más grande con aproximadamente 6.5nF debido a los Vds más bajos.

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

La variación de Cgd (etiquetada como Crss) para diferentes sesgos se puede ver en el siguiente gráfico tomado de la hoja de datos.

ElIRF2805esuntransistorVDMOSquemuestrauncomportamientodiferenteparaCgd.Desde internet :

  

El transistor discreto de doble difusión vertical MOSFET (VDMOS)   Las fuentes de alimentación de modo de conmutador de nivel de placa se utilizan popularmente   que es cualitativamente diferente del MOSFET monolítico anterior   modelos En particular, (i) el diodo del cuerpo de un transistor VDMOS es   Conectado de forma diferente a los terminales externos que al sustrato.   diodo de un MOSFET monolítico y (ii) la capacitancia puerta-drenaje (Cgd)   la no linealidad no se puede modelar con las capacitancias graduadas simples de   MOSFET monolíticos de modelos. En un transistor VDMOS, Cgd cambia abruptamente   sobre cero voltaje de puerta-drenaje (Vgd). Cuando Vgd es negativo, Cgd es   basado físicamente un condensador con la compuerta como un electrodo y el   drene en la parte posterior de la matriz como el otro electrodo. Esta capacitancia   es bastante bajo debido al grosor de la matriz no conductora. Pero cuando   Vgd es positivo, el dado está conduciendo y Cgd se basa físicamente en   Un condensador con el espesor del óxido de la puerta. Tradicionalmente,   Se han utilizado subcircuitos para duplicar el comportamiento de un   MOSFET de energía. Un nuevo dispositivo de especias intrínseco fue escrito que   encapsula este comportamiento en aras de la velocidad de cómputo,   Confiabilidad de la convergencia y simplicidad de los modelos de escritura. La dc   modelo es el mismo que un MOSFET monolítico de nivel 1, excepto que el   la longitud y el ancho están predeterminados a uno para que la transconductancia pueda ser   Especificado directamente sin escalar. El modelo AC es el siguiente. los   La capacitancia puerta-fuente se toma como constante. Esto fue empíricamente   Se encontró que es una buena aproximación para MOSFETS de potencia si la fuente de la puerta   El voltaje no es negativo. La capacitancia puerta-drenaje sigue la   siguiente forma empíricamente encontrada:

  

Para Vgd positivo, Cgd varía según la tangente hiperbólica de Vgd. por   Vdg negativo, Cgd varía según la tangente de arco de Vgd. El modelo   los parámetros a, Cgdmax y Cgdmax parametrizan el drenaje de la puerta   capacidad. La capacitancia de drenaje de la fuente es suministrada por el graduado.   Capacitancia de un diodo corporal conectado a través del drenaje de la fuente.   Electrodos, fuera de la fuente y resistencias de drenaje.

En el archivo modelo se pueden encontrar los siguientes valores

Cgdmax=6.52n Cgdmin=.45n

ACTUALIZACIÓN: Mario obtuvo la respuesta correcta arriba, por lo que deja esta solo por interés histórico. Este comportamiento parece tener todo que ver con que sea un VDMOS (al igual que muchos MOSFET de potencia que recojo), lo que podría explicar por qué muchos de los recursos generales de MOSFET (que tienden a centrarse en los MOSFET monolíticos) no mencionaron este fenómeno.

Ok, justo cuando estaba a punto de renunciar a entender esto, las interwebs me han otorgado un bocado:

Estoesde Nota de aplicación IXYS AN- 401 , página 3.

No hay una explicación de la física del dispositivo detrás de esto, pero estoy lo suficientemente satisfecho con esto por ahora. Esta curva explicaría la inflexión que estoy viendo.

Mis intentos de explicarme con la dinámica de la capa de inversión de canal han terminado en desconcierto. No veo un punto de inflexión claro en lo que entiendo como cuando \ $ V_ {GS} \ $ = \ $ V_ {DS} \ $. (Estas son mis mejores inferencias, no es algo oficial que haya leído en alguna parte). Tenga en cuenta que usé \ $ V_ {GD} \ $ aquí (\ $ V_ {GS} - V_ {DS} \ $), de manera poco convencional, sabiendo que \ $ V_ {GD} = 0 \ $ era lo que estaba buscando :)

Si alguien tiene una referencia o conoce la física lo suficientemente bien como para explicar la curva anterior, estaría muy agradecido. Daré la cookie de respuesta correcta a cualquiera que pueda :)

Tengo una pregunta: ¿por qué debería ser lineal la pendiente?

De hecho, durante 150 ns de la meseta de Miller, la resistencia del canal MOSFET cae desde casi el infinito hasta un valor muy pequeño. Incluso cae linealmente, la tensión de salida del divisor formado por R = 100 Ohms y R DS de MOSFET no es lineal.

Y hay una dependencia no lineal de R DS en la carga de la puerta; no puede encontrarlo en hojas de datos, pero sabemos que no es lineal.

Por lo tanto, este comportamiento es natural.

En mi opinión, tiene una muy buena configuración de prueba , sin embargo, no es bueno controlar el MOSFET de potencia de una fuente de 50 Ohms en un circuito de potencia real.