¿Por qué la curva de carga de la puerta (meseta de Miller) de los MOSFET depende de Vds?

"¿Por qué la Meseta Miller es más larga para los más grandes?"$V_{\text{ds}}$? "

La respuesta corta es que el ancho de Miller Plateau se escala con el área bajo la curva para$C_{\text{gd}}$. ¿Pero por qué?

¿Qué muestra la Meseta Miller?

El efecto Miller existe porque existe una capacitancia efectiva entre el drenaje y la compuerta del FET ($C_ {\text {gd}}$), la llamada capacitancia de Miller. La curva de la Figura 6 en la hoja de datos se genera al encender el FET con una corriente constante en la puerta, mientras que el drenaje se ha elevado a través de un circuito limitador de corriente a algún voltaje.$V_ {\text {dd}}$. Después de que el voltaje de la compuerta supera el umbral y la corriente de drenaje alcanza su límite (establecido por el circuito limitador de corriente),$V_ {\text {ds}}$comienza a caer, desplazando la carga en$C_ {\text {gd}}$a través de la puerta. Tiempo$V_ {\text {ds}}$cae a cero voltios, desde$V_ {\text {dd}}$,$V_G$está atascado por la corriente de desplazamiento de$C_ {\text {gd}}$... esa es la Meseta Miller.

La meseta de Miller muestra la cantidad de carga en$C_ {\text {gd}}$por su ancho. Para un FET dado, el ancho de Miller Plateau es una función del voltaje atravesado por$V_ {\text {ds}}$mientras se enciende. La figura muestra$V_G$alineado con$V_ {\text {ds}}$para dejar esto claro.

La curva de carga de puerta para el IRFZ44 muestra tres tramos de$V_{\text{ds}}$; Span1 es de 0 V a 11 V, Span2 es de 0 V a 28 V y Span3 es de 0 V a 44 V. Ahora, algunas cosas deben quedar claras:

• $V_{\text{ds}}$Span3 >$V_{\text{ds}}$Tramo2 >$V_{\text{ds}}$Intervalo1
• $V_{\text{ds}}$Span3 incluye Span2 y Span1.
• $C_{\text{gd}}$la carga es mayor para un mayor$V_{\text{ds}}$lapso.
• Miller Plateau será más ancho con más$C_{\text{gd}}$cargar.
• Mas es mas.

¿Estas conclusiones le parecen demasiado onduladas y aceitosas? Bien, entonces ¿qué tal esto?

Por qué Miller Plateau se vuelve más ancho para más alto$V_{\text{ds}}$-- Una mirada cuantitativa

Comience con la ecuación de carga en un capacitor:

Q = CV con forma diferencial dQ = C dV

Ahora$C_{\text{gd}}$no es una constante, sino una función de$V_{\text{ds}}$. Mirando la curva en la Figura 5 de la hoja de datos IRFZ44 para$C_{\text{gd}}$, queremos alguna ecuación que no sea infinito en cero$V_{\text{ds}}$y cae exponencialmente (ish). No entraré en detalles aquí sobre cómo se hizo esto. Simplemente elija formularios muy simples que parezcan coincidir e intente ajustarlos a los datos. Por lo tanto, no se basa en la física del dispositivo, sino que coincide bastante bien con muy poco esfuerzo. A veces eso es todo lo que se requiere.

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

donde
$C_{\text{gdo}}$= 1056pF
$k_c$= 0,41 -- un coeficiente de escala arbitrario

Comprobando este modelo ajustado a la hoja de datos vemos:

Entonces, después de enchufar el$C_{\text{gd}}$expresión del modelo en la forma diferencial de la ecuación de carga, e integrando ambos lados obtenemos:

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

Una gráfica de Q muestra que siempre aumenta para cambios más grandes de$V_{\text{ds}}$.

La única forma en que esto no sería cierto sería si$C_{\text{gd}}$se hizo negativo para algunos valores de$V_{\text{ds}}$, que no es físicamente realizable. Entonces, más es más.

Una vez que el MOSFET comienza a conducir, hay portadores en el canal donde no había ninguno antes, y la capacitancia de puerta a canal aumenta, no disminuye. Tenga en cuenta que las capacidades medidas en la Figura 5 están todas en V _GS = 0.

Dado que la magnitud de la corriente del canal para un VGS dado _depende en cierta medida de _VDS , también lo es el aumento de la capacitancia efectiva.

La posición de la segunda "rodilla" en la curva representa el punto en el que la corriente del canal deja de aumentar para un VDS _dado .

Mayor voltaje de drenaje significa más carga en Cgd. Es así de simple. La corriente a través de Cgd determina la tasa de cambio de voltaje en Cgd. Esta corriente es Ig, que está limitada por la fuente, por lo que lleva más tiempo descargar más carga.

Este video explica la meseta de Miller de manera similar a los gsills, pero en forma animada. Espero eso ayude :)