¿Qué sucede con los Vgs en la región de la meseta de Miller durante el encendido de MOSFET?

Aquí hay un circuito de conmutación MOSFET típico, con un componente, normalmente oculto dentro del MOSFET, aquí dibujado explícitamente en el circuito como C1.

En realidad, hay capacitancias entre cada par de electrodos, pero Cdg (= C1 aquí) es especialmente importante en esta configuración, por lo que podemos (a una primera aproximación) ignorar los otros (Cgs y Cds).

La razón de su importancia proviene del cambio relativamente grande en Vds causado por un cambio pequeño en Vgs, que causa una corriente relativamente grande a través de C1 que se opone a la corriente suministrada por el controlador. Esto se conoce como el efecto Miller y Cdg como la capacitancia de Miller, al menos desde principios de la década de 1930.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Entonces, considere lo que sucede cuando V1 cambia de 0V a 5V.

1. El MOSFET está inicialmente apagado, por lo que Vds = 100V. Vgs aumenta a medida que las capacitancias de compuerta Cgs y Cdg se cargan en paralelo a través de R1. Puede estimar estas capacitancias desde la pendiente al comienzo de la curva Vgs.

2. Cuando Vgs pasa el voltaje de umbral, M1 comienza a encenderse y Vds comienza a caer. Ahora hay una corriente a través de la capacitancia de Miller C1 (Cdg), casi igual y opuesta a la de R1, por lo que Vgs permanece plana (la meseta). I = C1 * dVdg / dT

3. Cuando el transistor está completamente encendido (saturado), Vds = 0, por lo que esta corriente cesa, y Vgs aumenta a 5 V a medida que Cgs y Cdg finalizan la carga.

Lo mismo sucede al apagar, por lo que un buen controlador MOSFET debe generar tanto corriente como sumidero, probablemente mejor que la resistencia R1 de 100 ohmios en el dibujo.

Verifique los tiempos de subida en las curvas Vgs de una hoja de datos con los valores de capacitancia de la hoja de datos y las impedancias del conductor, todos deben tener un sentido razonable dada la explicación anterior.

El MOSFET tiene dos tipos de comportamiento de conmutación: inductivo y resistivo. Como mencionó la "meseta de Miller", asumo que los suyos son un cambio inductivo. Se ve afectado por las capacitancias parásitas entre los tres terminales del dispositivo, es decir, puerta a fuente (\ $ C_ {gs} \ $), puerta a drenaje (\ $ C_ {gd} \ $) y drenaje a la fuente (\ $ C_ {ds} \ $) capacitancia como se muestra a continuación.

Muchosdocumentosyhojasdedatosmuestranlas"curvas Vgs del MOSFET durante el encendido", pero no dan los circuitos que se derivan. No conozco tu circuito, supongo que tienes un circuito similar al siguiente.

Duranteelencendido,loscondensadores\$C_{gd}\$y\$C_{gs}\$secarganatravésdelapuerta.

Las regiones relativas en el gráfico anterior se relacionan con la conocida región de trabajo MOSFET como se muestra a continuación:

Como el OP se preocupa por la razón por la cual la curva de Vgs se mantiene plana durante la meseta de Miller . En esta región, el \ $ I_ {D} \ $ está limitado por el circuito externo . En la Figura 4, puedes ver si \ $ I_ {D} \ $ está arreglado, luego \ $ V_ {gs} \ $ está arreglado. En este momento, se cobra \ $ C_ {gd} \ $. Y la corriente de carga solo está limitada por la resistencia de su serie en la compuerta. Y es constante en esta etapa. A medida que aumenta el voltaje en \ $ V_ {gd} \ $, la \ $ V_ {ds} = V_ {gs} - V_ {gd} \ $ disminuye.

Para más detalles, puedes consultar la Ref. 1

Refs:

1. “Electrónica de potencia, convertidores, aplicaciones y diseño”, Mohan, Underland y Robbins.

A medida que Vgs aumenta más allá del umbral, Vgsth Rds disminuye permitiendo que la identificación fluya. Para cargas resistivas Vds también comienza a caer. Toda la corriente de descarga de Cds fluye hacia el drenaje al igual que la corriente de carga y la corriente a través de Cgs. La corriente de compuerta Ig derivada de la fuente carga Cgs y descarga Cgd. Por lo tanto, la tasa de aumento para Vgs se determina por la parte de la carga actual de puerta Cgs. A medida que aumenta Vgs, Rds disminuye (por mejora de canal) hasta que toda la corriente disponible fluye hacia el desagüe. La corriente disponible para Cgd es la corriente de compuerta. Dado que todos los flujos de Ig en el desagüe a través de Cgd, ninguno puede fluir hacia Cgs. Si Cgs no puede cargarse, Vgs se fija en la meseta de Miller. Vds = Vgd + Vgs. Por lo tanto, la tensión de drenaje puede cambiar tan rápido como lo permita la tensión a través de Cgd (Vgd) en función de su flujo de corriente que está limitado a Ig. A medida que Vds disminuye, la carga produce más corriente, lo que reduce la corriente a través de Cgd. Esto permite un pequeño aumento en Vgs hasta que toda la corriente fluye hacia el desagüe. Esto continúa hasta que Vds sea lo más pequeño posible. Un aumento en Vgs puede o no ser discernible en un osciloscopio. Para las cargas inductivas derivadas con un diodo, la inductancia actúa como una fuente de corriente para un cambio rápido. Cuando el transistor está apagado, todos los flujos de corriente de carga a través del diodo. A medida que Vgs aumenta más allá del umbral, Vgsth Rds disminuye permitiendo que fluya la identificación. Esta vez, una parte de la corriente de carga fluye hacia el desagüe. El resto queda en el diodo. Mientras haya diodo, la corriente Vds permanecerá en Vdd + Vdiode. Por lo tanto, el drenaje no puede exigir corriente desde Cgd o Cds. Por lo tanto, Vgs sigue aumentando hasta que Rds es lo suficientemente bajo como para absorber toda la corriente de carga (la corriente del diodo es cero). En este momento el voltaje de drenaje comienza a caer. El resto de la discusión es como antes, excepto que no hay aumento de corriente de carga a medida que disminuye la tensión de drenaje. La identificación ya está al máximo. Cuando la tensión de drenaje deja de cambiar, la corriente a través de Cgd regresará a su porción apropiada y Vgs aumentará a su valor de diseño basado en Rdson. El voltaje de Miller debe ser mayor con una carga inductiva. Entonces, para responder a tu pregunta, durante la región de Miller

• Vgs es carga inductiva constante, se eleva un poco, carga resistiva
• La mejora del canal es una carga inductiva constante, más carga resistiva y mejorada
• Rds es carga inductiva constante, disminuye un poco, carga resistiva
• La identificación es carga inductiva constante, aumenta la demanda de carga, carga resistiva