Dlaczego krzywa ładowania bramki (plateau Millera) tranzystorów MOSFET zależy od Vds?

Nie rozumiem, dlaczego krzywa ładowania bramki (dokładnie: część płaskowyżu Millera) tranzystorów MOSFET zależy od napięcia Vds źródła drenażu.

Przykładowo arkusz danych IRFZ44 pokazuje na stronie 4 (ryc. 6) krzywe ładowania bramki dla różnych wartości Vds.

Dlaczego płaskowyż Millera jest dłuższy dla większych Vds? Czy płaskowyż nie jest zależny od Cgd? Ale Cgd (= Crss) zmniejsza się dla większych Vds (patrz FIg.5 w arkuszu danych). Czy płaskowyż Millera nie powinien być krótszy?

„Dlaczego płaskowyż Millera jest już dłuższy? $V_{\text{ds}}$? „

Krótka odpowiedź jest taka, że ​​szerokość płaskowyżu Millera skaluje się z obszarem pod krzywą dla $C_{\text{gd}}$. Ale dlaczego?

Co pokazuje płaskowyż Millera?

Efekt Millera istnieje, ponieważ istnieje efektywna pojemność między drenem a bramką FET ($C_ {\text {gd}}$), tzw. pojemność Millera. Krzywa z rysunku 6 w arkuszu danych jest generowana przez włączenie FET ze stałym prądem do bramki, podczas gdy dren został wciągnięty przez obwód ograniczający prąd do pewnego napięcia$V_ {\text {dd}}$. Gdy napięcie bramki wzrośnie powyżej progu i prąd spustowy osiągnie granicę (ustawioną przez obwód ograniczający prąd),$V_ {\text {ds}}$ zaczyna spadać, przesuwając ładunek dalej $C_ {\text {gd}}$przez bramę. Podczas$V_ {\text {ds}}$ spada do zera woltów, od $V_ {\text {dd}}$, $V_G$ utknął przez prąd przesunięcia z $C_ {\text {gd}}$ ... to płaskowyż Millera.

Plateau Miller pokazuje ilość ładunków w $C_ {\text {gd}}$według jego szerokości. Dla danego FET szerokość płaskowyżu Millera jest funkcją przemierzonego napięcia$V_ {\text {ds}}$jak się włącza. Rysunek pokazuje$V_G$ dostosowane do $V_ {\text {ds}}$ aby to wyjaśnić.

Krzywa ładowania bramki dla IRFZ44 pokazuje trzy rozpiętości $V_{\text{ds}}$; Zakres 1 wynosi od 0 V do 11 V, zakres 2 wynosi od 0 V do 28 V, a zakres 3 wynosi od 0 V do 44 V. Teraz niektóre rzeczy powinny być jasne:

• $V_{\text{ds}}$ Span3> $V_{\text{ds}}$ Span2> $V_{\text{ds}}$ Rozpiętość 1
• $V_{\text{ds}}$ Span3 obejmuje Span2 i Span1.
• $C_{\text{gd}}$ opłata jest większa dla większego $V_{\text{ds}}$ Zakres.
• Płaskowyż Millera będzie większy $C_{\text{gd}}$ opłata.
• Więcej jest więcej.

Czy te konkluzje wydają ci się zbyt falujące i wężowe? Ok, a co powiesz na to?

Dlaczego płaskowyż Millera staje się szerszy na wyższe $V_{\text{ds}}$ - Wygląd ilościowy

Zacznij od równania ładowania na kondensatorze:

Q = CV z formą różnicową dQ = C dV

Teraz $C_{\text{gd}}$ nie jest stałą, ale jakąś funkcją $V_{\text{ds}}$. Patrząc na krzywą na ryc. 5 arkusza danych IRFZ44 dla$C_{\text{gd}}$, chcemy jakiegoś równania, które nie jest nieskończonością przy zera $V_{\text{ds}}$i spada wykładniczo (ish). Nie będę tu wchodził w żadne szczegóły na temat tego, jak to zostało zrobione. Po prostu wybierz bardzo proste formularze, które wydają się pasować, i spróbuj dopasować je do danych. Nie opiera się więc na fizyce urządzenia, ale po prostu pasuje całkiem nieźle. Czasami to wszystko, co jest wymagane.

$C_{\text{gd}}$ = $\frac{C_{\text{gdo}}}{k_c \text{V}_{\text{ds}}+1}$

gdzie
$C_{\text{gdo}}$ = 1056 pF
$k_c$ = 0,41 - arbitralny współczynnik skalowania

Sprawdzając ten dopasowany model do arkusza danych, widzimy:

Po podłączeniu $C_{\text{gd}}$ wyrażenie modelu do postaci różniczkowej równania ładunku i całkując obie strony otrzymujemy:

Q = $\frac{C_{\text{gdo}} \log \left(k_c V_{\text{ds}}+1\right)}{k_c}$ = $\frac{\text{1056 pF } \log \left(\text{0.41 } V_{\text{ds}}+1\right)}{\text{0.41 }}$

Wykres Q pokazuje, że zawsze wzrasta w przypadku większych zmian $V_{\text{ds}}$.

Jedynym sposobem, w jaki nie byłoby to prawdą, byłoby, gdyby $C_{\text{gd}}$ stał się ujemny dla niektórych wartości $V_{\text{ds}}$, co nie jest fizycznie możliwe do zrealizowania. Więc więcej znaczy więcej.

Gdy MOSFET zacznie przewodzić, w kanale znajdują się nośne, których wcześniej nie było, a pojemność między kanałami rośnie, a nie spada. Należy zauważyć, że wszystkie pojemności zmierzone na rysunku 5 są w V _GS = 0.

Ponieważ wielkość prądu kanału dla danego V _GS jest w pewnym stopniu zależna od V _DS , podobnie jest ze wzrostem pojemności efektywnej.

Pozycja drugiego „kolana” na krzywej reprezentuje punkt, w którym prąd kanału przestaje wzrastać dla danego V _DS .

Wyższe napięcie drenu oznacza większe ładowanie na Cgd. To takie proste. Prąd przepływający przez Cgd określa szybkość zmiany napięcia na Cgd. Ten prąd jest Ig, który jest ograniczony przez źródło, więc rozładowanie większego ładunku zajmuje więcej czasu.