Comment puis-je mesurer la capacité de la porte?

Existe-t-il un moyen efficace de mesurer directement la capacité de grille d'un MOSFET de puissance, comme par exemple l'IRF530N?

La façon dont mon circuit se comporte indiquerait que la capacité de grille effective est peut-être le double ou plus de la valeur citée dans la fiche technique, ce qui réduirait la stabilité de mon ampli-op en abaissant la fréquence de l'ampli-op $R_O$ + $C_{iss}$ pole.

Voici le schéma du circuit au cas où cela aiderait, mais je suis vraiment intéressé par le cas général d'un appareil de test que je peux câbler, y insérer un MOSFET TO-220 arbitraire et calculer la capacité effective à partir d'une trace de portée ou quelque chose comme ça.

Existe-t-il un moyen pratique de faire une mesure utile de la capacité d'entrée du MOSFET sur le banc?

Rapport sur les résultats

Les deux réponses ont fourni des informations clés. Rétrospectivement, je pense que la réponse courte à ma question directe serait: "Comment puis-je mesurer la capacité de la grille? À différentes combinaisons de tensions de grille et de drain! " :)

Ce qui représente pour moi un grand aperçu: un MOSFET n'a pas une seule capacité. Je pense que vous avez besoin d' au moins deux cartes pour faire un bon départ à décrire les gammes, et il y a au moins une condition où la capacité peut être ainsi plus que la cité valeur.$C_{iss}$

En ce qui concerne mon circuit, je fait quelques améliorations en déconnectant la IRF530N avec un IRFZ24N ayant moins de la moitié de la cité valeur. Mais alors que cela a surmonté la première instabilité, les tests suivants qu'il a permis ont montré une oscillation totale à des courants plus élevés.$C_{iss}$

Ma conclusion est que je dois ajouter un étage pilote entre l'ampli-op et le MOSFET, présentant une très faible résistance efficace à la capacité d'entrée du MOSFET et entraînant le pôle qu'il crée bien au-delà de la fréquence 0 dB de l'ampli-op. Ce qui n'est pas mentionné dans le post d'origine, c'est que j'ai besoin d'une vitesse assez décente, disons une réponse de 1 µs, donc appliquer une compensation lourde à l'ampli op pour atteindre la stabilité n'est pas une option viable; cela sacrifierait simplement trop de bande passante.

Cette réponse ne traite pas de la façon de mesurer le FET $C_{\text{iss}}$ , car il n'y a aucune valeur réelle à le faire. Étant donné que la capacité est un paramètre FET si important, les fabricants fournissent des données de capacité sur chaque fiche technique qui est définitive dans presque toutes les situations. (Si vous trouvez une fiche technique qui ne fournit pas de données complètes sur la capacité, n'utilisez pas cette partie.) Étant donné les données de la fiche technique, essayer de mesurer vous-même la capacité de la porte, c'est un peu comme essayer de prendre une photo de Yosemite pendant qu'Ansel Adams est là pour vous remettre la photo qu'il a prise.

Ce qui vaut la peine, c'est de comprendre les caractéristiques du $C_{\text{iss}}$ , ce qu'elles signifient et comment elles sont affectées par la topologie des circuits.

Faits sur , que vous connaissez déjà$C_{\text{iss}}$

• = C gs + C $C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$
• est presque une valeur constante, principalement indépendante des tensions de fonctionnement.$C_{\text{gs}}$
• n'est pas lié à l'effet Miller et n'a aucun lien avec celui-ci.$C_{\text{gs}}$
• dépend fortement inversement de V ds et peut facilement changer d'un ordre de grandeur dans toute la plage de tension de fonctionnement.$C_{\text{gd}}$$V_{\text{ds}}$
• est la cause parasite de l'effet Miller.$C_{\text{gd}}$

L'interprétation de ces faits apparemment simples mais subtils peut être délicate et déroutante.

Allégations sauvages et non fondées concernant le - Pour les impatients$C_{\text{iss}}$

La valeur effective de , de la façon dont elle se manifeste, dépend de la topologie du circuit ou de la manière dont le FET est connecté.$C_{\text{iss}}$

• Lorsque le FET est connecté en circuit avec une impédance dans la source, mais aucune impédance dans le drain, ce qui signifie que le drain est connecté à une tension essentiellement idéale, est minimisé. C gs disparaîtra pratiquement, sa valeur étant divisée par la transconductance FET g fs . Cela laisse C gd dominer la valeur apparente de C iss . Êtes-vous sceptique face à cette affirmation? Bien, mais ne vous inquiétez pas, cela se verra plus tard.$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

• Lorsque le FET est connecté en circuit avec une impédance dans le drain et une impédance nulle dans la source, est maximisé. La valeur totale de C gs sera apparente, plus C gd sera multipliée par g fs (et l'impédance de drain). Ainsi, C gd dominera C iss (encore), mais cette fois, selon la nature de l'impédance dans le circuit de drain, pourrait être incroyablement massive. Bonjour Miller plateau!$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss}}$

Bien sûr, la deuxième revendication décrit le cas d'utilisation le plus courant pour les transistors FET commutés en dur, et c'est ce dont Dave Tweed parle dans sa réponse. Il s'agit d'un cas d'utilisation si courant que les fabricants en publient universellement des tableaux de charge de porte, ainsi que des circuits utilisés pour le tester et l'évaluer. Il finit par être le pire cas possible pour .$C_{\text{iss}}$

La bonne nouvelle ici pour vous est que si vous avez dessiné avec précision votre schéma, vous n'avez pas à vous soucier du plateau Miller , car vous avez le cas de la première revendication avec un minimal .$C_{\text{iss}}$

Quelques détails quantitatifs

Dérivons une équation de pour un FET connecté comme dans votre circuit. Utilisation d'un modèle AC à petit signal pour un MOSFET tel que le modèle à 6 éléments de Sze:$C_{\text{iss}}$

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ici, j'ai jeté les éléments pour , C bs (capacité en vrac) et R ds (fuite drain à source), car ils ne sont pas nécessaires ici et compliquent simplement les choses. Recherchez Z g :$C_{\text{ds}}$$C_{\text{bs}}$$R_{\text{ds}}$$Z_g$

=gfsRsens+$\frac{V_g}{I_g}$ sC gs R$\frac{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}{s \left(C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}\right)}$ $\frac{\frac{s C_{\text{gs}} R_{\text{sense}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}+1}{\frac{\text{Cgs} s C_{\text{gd}} R_{\text{sense}}}{C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}}+1}$

$C_{\text{iss}}$

$C_{\text{iss_eff}}$$\frac{C_{\text{gd}} \left(g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1\right)+C_{\text{gs}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}$$\frac{C_{\text{gs}}}{g_{\text{fs}} R_{\text{sense}}+1}+C_{\text{gd}}$

$C_{\text{gs}}$$g{\text{fs}}$$R_{\text{sense}}$$C_{\text{gd}}$$R_{\text{sense}}$$C_{\text{iss}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$ .

$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gs}}$$C_{\text{gd}}$$g_{\text{fs}}$$C_{\text{iss_eff}}$$35^{\circ }$ marge de phase ... pas oscillatoire, mais assez ringy.

$V_{\text{ds}}$$C_{\text{gd}}$$C_{\text{iss_eff}}$ augmenterait à 243pF. Et lorsque vous utilisez un LM358 OpAmp, avec une impédance de sortie en boucle ouverte de ~ 2kOhms à la fréquence de coupure, cela s'avère être un problème.

Regardons la réponse. J'utiliserai un diagramme de Nichols ici car cela montrera la réponse en boucle ouverte et en boucle fermée simultanément.

$V_{\text{ds}}$$35^{\circ }$ , et le pic en boucle fermée d'environ 5 dB.

La courbe violette est pour $V_{\text{ds}}$$-3^{\circ }$

$C_{\text{iss_eff}}$$75^{\circ }$

La capacité de grille d'un MOSFET est un sujet plus compliqué que beaucoup de gens le pensent. Cela dépend très fortement des conditions de fonctionnement de l'appareil. Cela a du sens - la capacité dont nous parlons a la grille elle-même comme une seule plaque, qui est une structure physique fixe, mais l'autre "plaque" n'est pas seulement la structure de la source, du drain et du substrat à proximité, mais aussi les porteurs de charge qui circulent dans le canal source-drain, et leur concentration varie considérablement.

$\frac{\Delta charge}{\Delta voltage}$

$C_{ISS}$$V_{GS}$ capacité effective plus grande (environ 10 ×) à ce point de fonctionnement. Et plus précisément, c'est exactement le point où votre circuit régulateur actuel fonctionne.

Donc, pour caractériser pleinement la capacité de charge que voit votre ampli op, vous devez tester le MOSFET de la manière illustrée à la figure 13, avec des tensions de polarisation appropriées sur la grille et le drain.

Vous pouvez mettre à la terre la source, connecter le drain à la tension de polarisation souhaitée (avec un grand condensateur - peut-être 1 uF en céramique) à travers la source de drain) et mesurer directement la capacité de la grille avec un compteur alimenté par batterie ou un pont LCR. La fiche technique de Vishay indique environ 0,7 nF à 30 V et 1 nF à 2 V Vds (pour Ciss).

Si vous n'avez pas de mètre C, une onde carrée de valeur raisonnablement petite (peut-être 0,5 volt) peut être appliquée à la grille via une résistance appropriée (peut-être 1K) et vous pouvez observer les temps de charge / décharge à 1 / e avec un portée (sonde x10), puis soustrayez la capacité de la sonde de portée.