Инверсный ток затвора, объясните природу тока Опции

[velkarn]

Приветствую!
Силовой транзистор работает в схеме однотактного пр-ля с резонансным размагничиванием. частота 500 кГц.


желтый - напряжение на затворе, синий - ток затвора. объясните пожалуйста природу инверсного тока. есть вариант, что это резонансный процесс индуктивности в цепи затвора, что может быть ещё?

[perfect]

Чтобы выяснить что влияет можно что-то менять в схеме кудой текут токи затвора и смотреть как влияет. ?
Индуктивность в цепи затвора это трансформатор драйвера, индуктивность истока транзистора, монтажа?
Да и если подавать горбатое напряжение будет горбатый ток, небольшой спад напряжения - инверсный ток.

[AlexeyW]

есть вариант, что это резонансный процесс индуктивности в цепи затвора, что может быть ещё?

Ну а почему нет? В особенности, сравните с напряжением на выходе драйвера, наверняка этот горб - перенапряжение от индуктивного колебательного процесса. Однако, величина вроде как совсем неопасная.

[Aner]

Что за транзистор? И схему включения. Если емкость затвора большая и не скомпенсирована то это и должно быть.

[Dmitry_Ternovsky]

... есть вариант, что это резонансный процесс индуктивности в цепи затвора, что может быть ещё?

Все верно, это резонансный процес в цепи RLC, где С-емкость затвор-исток, L - индуктивность затвора+индуктивность истока, R - сопротивление в цепи затвора транзистора(судя по амплитуде у вас отсутствует)+сопротивление драйвера.
Он аппериодический из-за сопротивления.
Но при включении там участвет еще один процесс - из-за роста тока стока, уменьшается ток затвора, т.к. iистока=iз+iстока, поэтому когда ток стока догоняет ток истока.ю то ток затвора становится равным нулю...НО!
из-за индуктивности затвора он не спадает до нуля мгновенно, а продолжает зарядать емкость затвор-исток, что и приводит к тому что напряжение на ней станосится больше, чем напряжение на выходе драйвера - этот "бугор" вы и видите на осцилле (желтая осциллограмма)

...Если емкость затвора большая и не скомпенсирована то это и должно быть.

А что значит скомпенсированная емкость затвора?

[Aner]

Скомпенсировать емкость затвора можно по разному. Проще поиграть с симулятором. Емкость затвора также зависит от приложенного напряжения.
Например, скомпенсировать можно организацией частотно-зависимой ПОС, ООС через резистор ( и не только) в истоке и емкость сток-исток. Но нужно опасаться возбудов, принимать разные меры, типа ферритовых бусин и тд.

[velkarn]

Ну а почему нет? В особенности, сравните с напряжением на выходе драйвера, наверняка этот горб - перенапряжение от индуктивного колебательного процесса. Однако, величина вроде как совсем неопасная.

это одно из объяснений, просто хотелось услышать, мож есть другие версии.
но в пользу этого варианта говорит и то, что при увеличении сопротивления в затворе этот ток исчезает (увеличение сопротивление - > уменьшение добротности)
транзистор irf3710 подключен через 2,2 ом к микросхеме шим

Скомпенсировать емкость затвора можно по разному. Проще поиграть с симулятором. Емкость затвора также зависит от приложенного напряжения.
Например, скомпенсировать можно организацией частотно-зависимой ПОС, ООС через резистор ( и не только) в истоке и емкость сток-исток. Но нужно опасаться возбудов, принимать разные меры, типа ферритовых бусин и тд.

тоже хотелось бы услышать, что значит не скомпенсированная ёмкость затвора? и что значит её скомпенсировать?

[Aner]

Да, емкость под 3000pF это много. Увеличение сопротивления поможет, 2,2 ом это конечно мало. Должно быть в пределах 10...70 ом. Подбирайте или симулируйте.
Возможно последовательно с этим резистором поставить цепочку. Паралельно резистор ( 3...10 ом) с диодом шотки в обратном включении.
Скомпенсировать - значит нейтрализовать, уменьшить эту емкость.

[velkarn]

Да, емкость под 3000pF это много. Увеличение сопротивления поможет, 2,2 ом это конечно мало.
Скомпенсировать - значит нейтрализовать, уменьшить эту емкость.

много, мало это понятия относительные... что значит 3000 пф много?
уменьшить эту ёмкость невозможно её можно только перезарядить - быстрее или медленнее, вроде так

[Aner]

Ну вы блин даете. Ёмкость эта не постоянная, зависит от приложенного напряжения. Уменьшить её можно, но не в том смысле что вы думаете, не физически её уменьшать, а электрически. Теорию эл цепей знаете, проходили или это что-то заоблачное для вас? Если заоблочное - то не объяснить вам.

Что значит относительное! Это же чисто емкосная нагрузка драйвера 3000 пф. Это же оч много. Вот и сделайте тогда согласование выходного сопротивления драйвера на эту комплексную нагрузку в широком диапазоне частот. Тогда не будет этих импульсов в цепи затвора.

[Integrator1983]

Что значит относительное! Это же чисто емкосная нагрузка драйвера 3000 пф. Это же оч много. Вот и сделайте тогда согласование выходного сопротивления драйвера на эту комплексную нагрузку в широком диапазоне частот. Тогда не будет этих импульсов в цепи затвора.

Мне интересно, что Вы скажете о емкости затвора 30 нФ? Очень-очень много? И как ее Скомпенсировать?

Ув. Dmitry_Ternovsky описал все просто, понятно и абсолютно правильно.

[Aner]

Мне интересно, что Вы скажете о емкости затвора 30 нФ? Очень-очень много? И как ее Скомпенсировать?

Ув. Dmitry_Ternovsky описал все просто, понятно и абсолютно правильно.

Абсолютно не правильно!
Вы тоже забавный, это по вашему это абсолютно правильно:
... из-за индуктивности затвора он не спадает до нуля мгновенно, а продолжает зарядать емкость затвор-исток, ...
Ну и какая индуктивность затвора у этого полевика?
И где такая емкость затвор-исток? Куда сток то делся?

[AlexeyW]

много, мало это понятия относительные... что значит 3000 пф много?

Конечно, относительные. Характерная величина - волновое сопротивление контура индуктивности в затворе и его емкости, r=sqr(L/C). Если сопротивление в цепи затвора вдвое больше этой величины, то процесс перестает быть колебательным. При длине связи от драйвера к затвору 3 см индуктивность около 30-50 нГн, волновое сопротивление 4-5 Ом, в затвор можно поставить 10 Ом.

Ферритовая бусина, кстати, может привести к удивительным эффектам. Она скорее ухудшит, а не улучшит картину.

[Integrator1983]

Вы тоже забавный

Так Вы бы рассказали внятно, как "Скомпенсировать - значит нейтрализовать, уменьшить эту емкость" - я бы тоже позабавился.

И где такая емкость затвор-исток?

Иногда ее еще забавники называют емкостью Миллера.

Ферритовая бусина, кстати, может привести к удивительным эффектам. Она скорее ухудшит, а не улучшит картину.

Не факт. Приходилось управлять как-то веселым MOSFET'ом со входной емкостью порядка 20нФ и рабочим напряжением 800В в двухтактной схеме. При этом для всех вменяемых значений затворного резистора (пробовали в диапазоне 3.3-100 Ом) при открытии на затворе наблюдалась ВЧ-шерсть. Добавление бусины Spike Eater позволило решить эту проблему при Rзатвора от 10 Ом и выше (при этом время открытия возрастало, но незначительно).

[Aner]

...
Ферритовая бусина, кстати, может привести к удивительным эффектам. Она скорее ухудшит, а не улучшит картину.

К каким таким удивительным эффектам? Выдумщик. Что такое она может ухудшить?
Ферритовая бусина поглотитель эл м излучения, она имеет активное сопротивление для переменного тока. Короче гуглите, читайте, думайте, просвещайтесь. Если конечно еще способны.

Так Вы бы рассказали внятно, как "Скомпенсировать - значит нейтрализовать, уменьшить эту емкость" - я бы тоже позабавился.

Иногда ее еще забавники называют емкостью Миллера.

Не факт. Приходилось управлять как-то веселым MOSFET'ом со входной емкостью порядка 20нФ и рабочим напряжением 800В в двухтактной схеме. При этом для всех вменяемых значений затворного резистора (пробовали в диапазоне 3.3-100 Ом) при открытии на затворе наблюдалась ВЧ-шерсть. Добавление бусины Spike Eater позволило решить эту проблему при Rзатвора от 10 Ом и выше (при этом время открытия возрастало, но незначительно).

А ты и так забавный, гугли и забавляйся дальше. Емкость Миллера это когда база-коллектор или затвор-сток, но никак не база эмитер и не затвор-исток.
То о чем я ранее и подметил. Обычно эту ёмкость Миллера требуется компенсировать или уменьшать и её влияние. Про бусину похоже ты что-то знаешь.
Но про индуктивность в затворе ты что-то умалчиваешь. Похоже запутался.

[НЕХ]

Aner, Вы чего такой злобный ?
Компенсация проходной ёмкости - это из RF-приложений и к теме имеет опосредованное отношение.
Для минимизации индуктивность цепи затвора необходимо уменьшать площадь контура драйвер-проводники-mosfet.
Индуктивность цепи истока всячески сопротивляется изменению тока при манипуляциях напряжения затвора вблизи порогового. Это приводит к росту потерь из-за более продолжительного пребывания ключа в линейном режиме.
есть ключи, в которых проблема всплывает чаще, например, старые COOLMOS -
напряжение на затворе и стоке (белым цветом без резистора в затворе, цветным - с резистором в 1 Ом) на fotkidepo.ru:



Сообщение отредактировал НЕХ - Apr 2 2013, 05:18

[Aner]

.

Сообщение отредактировал Aner - Apr 2 2013, 09:57

[Dmitry_Ternovsky]

Для минимизации индуктивность цепи затвора необходимо уменьшать площадь контура драйвер-проводники-mosfet.
Индуктивность цепи истока всячески сопротивляется изменению тока при манипуляциях напряжения затвора вблизи порогового. Это приводит к росту потерь из-за более продолжительного пребывания ключа в линейном режиме.

Уважаемый HEX, Вы абсолютн прав.
Читайте статьи Тогатов, Терновский "Коммутационные процессы в высокочастотных преобразователях", "Теория сверхбыстрого включения МОП-транзисторов","Теория сверхбыстрого вЫключения МОП-транзисторов", "UltraFast switching of Power MOSFETs", в которых мы рассматриваем процессы происходящие в момент включения (выключения) полевых транзисторов.

На приведенной HEX картинке можно наблюдать короткие импульсы тока стока - "ложное включение", что связано с колебательным процессом в цепи затвора и превышением напряжения на емкости затвор-исток выше порогового...
к сожалению, мы не можем видеть "чистое" напряжение на емкости затвор-исток, а все-равно смотрим наприяжение на цепочке емкость+индуктивность, отсюда может быть не четкое понимание ситуации.
В первом случае амплитуда больше, потому что выключение транзистора происходит быстрее, отсюда и больше выброс.
Кстати, заметьте, напряжение на затворе сначала спадает быстро, а потом медленно...быстрый спад - это время до достижения активного режима, дальше экспонента с постоянной S*Lистока

..есть ключи, в которых проблема всплывает чаще, например, старые COOLMOS ...

Интересно узнать (простите за оффтоп) про параметры транзисторов разных технологий.
Нет случаем хорошего материала, где сравниваются параметры МОП-транзисторов в зависимости от технологий их производтсва...или еще дальше - структура МОПов с концентрациями акцепторов, доноров, используемых материалов.
Хочется посчитать физические процессы происходящие в МОП-транзисторах, но мне не известна страктура современных приборов.

[НЕХ]

В первом случае амплитуда больше, потому что выключение транзистора происходит быстрее, отсюда и больше выброс.
Кстати, заметьте, напряжение на затворе сначала спадает быстро, а потом медленно...быстрый спад - это время до достижения активного режима, дальше экспонента с постоянной S*Lистока

Там разное количество вольт на клетку.
Действие индуктивности истока врядли видно - ток стока слишком мал.
Быстрый спад вызван легкостью переключения драйвера из-за индуктивности цепей затвора поначалу процесса.
Активный режим - отсутствует.

[Dmitry_Ternovsky]

Быстрый спад вызван легкостью переключения драйвера из-за индуктивности цепей затвора поначалу процесса.
Активный режим - отсутствует.

Тогда индуктивность затвора наоборот затянет процесс разряда емкости (в случае если Вы смотрите действительно на затворе транзистора, а не на выходе драйвера) или вообще все напряжение "поначалу процесса" будет падать на индуктивности.
Активный режим присутствует... и начинается он тогда, когда напряжение на емкости затвор-исток достигает уровня Uзи=Uпор+(Iнаг/S), где S - крутизна транзистора, а Iнаг-ток стока(ток нагрузки). В этот момент начинает действовать обратная связь по индуктивности истока и процесс затягивается (что видно на вашей осциллограмме). Механизм этого такой- как только напряжение на емокости затвор-исток достигает указанной выше величины начинается спад тока стока (и истока), при этом на индуктивности истока появляется напряжение препятвтвующее этому изменению.
При отсутсвии у вас резистора в цепи затвора добротность высока, и ничто не мешает току в индуктивности истока достичь величины тока нагрузки(т.е.стать равным току нагрузки, но течь в другую сторону - т.е. компенсировать ток нагрузки... и ток в истоке будет равен 0 или даже течь в другую сторону). При этом обратная связь обусловленная индуктивностью истока отсутствует и выключение транзистора происходит быстрее, но процесс то колебательный и транзистор снова включается. Если есть резистор - то напряжение на емкости затвор-исток не достигает порогового значения во время колебательного процесса и нет паразитного включения. Хотя собственно скорость процесса выключения определяется зарядом выходной емкости, а именно постоянной времени Rнаг*Cвых.
Влияние емкости Миллера и индуктивности затвора тоже учитывается без труда. Но эт уже другая история...

[НЕХ]

Напряжение показано непосредственно с выводов транзистора.
Транзистор на суперпереходах и у него врожденный нелинейный ёмкостный снаббер между стоком и истоком.
Картинка очень прозаическая. Ключ выключается и лишь затем будет меняться ток стока и напряжение сток-исток.

[Dmitry_Ternovsky]

Картинка очень прозаическая. Ключ выключается и лишь затем будет меняться ток стока и напряжение сток-исток.

"ключ выключается" и при этом ток транзистора, текущий через канал, не меняется - он равен нулю, потому что ток через канал течь не может - там нет носителей, наличие которых определяется ТОЛЬКО напряжением на емкости затвор-исток.
НО!!! остается ток заряда выходной емкости (емкости сток-исток), который не зависит от того какое напряжение на емкости затвор-исток...а определяется только сопротивлением в стоке и напряжением источника питания.
Можете проэкспериментировать с индуктивностью в стоке..доведите ток до 10А в индуктивности, а потом выключите транзистор...т.к. индуктивность представляет собой источник тока, то этим током 10А вы и будете заряжать выходную емкость и напряжение на стоке подскочит очень быстро.

[НЕХ]

Быстро - условное понятие.
У ключей STW88 выходная ёмкость начинается от 100000пФ при выключении.
А канал перекроется быстро, но незаметно.
Эти транзисторы имеют задержку выключения.

[Integrator1983]

НО!!! остается ток заряда выходной емкости (емкости сток-исток), который не зависит от того какое напряжение на емкости затвор-исток...а определяется только сопротивлением в стоке и напряжением источника питания.

Непонятно. Ic=C*dU/dt, где С=f(U). Как он определяется только сопротивлением в стоке и напряжением источника питания??? При этом следом Вы правильно пишите

индуктивность представляет собой источник тока, то этим током 10А вы и будете заряжать выходную емкость

[Dmitry_Ternovsky]

Быстро - условное понятие.
У ключей STW88 выходная ёмкость начинается от 100000пФ при выключении.
А канал перекроется быстро, но незаметно.
Эти транзисторы имеют задержку выключения.

Зная механизм Вы можете сформулировать понятие БЫСТРО для вашей конкретной задачи

Непонятно. Ic=C*dU/dt, где С=f(U). Как он определяется только сопротивлением в стоке и напряжением источника питания??? При этом следом Вы правильно пишите

Верно, величина емкости сток-исток - это функция напряжения сток-исток...но писать все факторы, участвующие в процессе выключения транзистора в одном посте - это проще написать статью в журнал
В данном случае я имею в виду эффективную выходную емкость.
Фактически же выходная емкость предствавляет из себя сумму емкостей сток-исток и сток-затвор...но в общих чертах механизм такой.

я имел в виду ток Ic в начальный момент времни... а далее изменяется по приведенной Вами формуле.
(в задаче описанной выше) при выключении транзистора, работающего на активную нагрузку R, скорость роста напряжения на выходной емкости будет определяться постоянной времени R*C...и время выключени = 4*R*C...так проще посчитать

[Aner]

Быстро - условное понятие.
У ключей STW88 выходная ёмкость начинается от 100000пФ при выключении.
А канал перекроется быстро, но незаметно.
Эти транзисторы имеют задержку выключения.

Уточните ка у каких такая выходная ёмкость и при каком напряжении?
STW88N65M5 у этих?

[Dmitry_Ternovsky]

Уточните ка у каких такая выходная ёмкость и при каком напряжении?
STW88N65M5 у этих?

Присоединяюсь к вопросу. Хотел поинтересоваться, да вылетело из головы.
не представляю на какой ток расчитан этот прибор, что он имеет такие площади полупроводниковой структуры и как следствие такие емкости. Киньте ссылку если не жалко

[Aner]

STW88N65M5 Datasheet на эти есть на сайте www.st.com

[AlexeyW]

Не факт. Приходилось управлять как-то веселым MOSFET'ом со входной емкостью порядка 20нФ и рабочим напряжением 800В в двухтактной схеме. При этом для всех вменяемых значений затворного резистора (пробовали в диапазоне 3.3-100 Ом) при открытии на затворе наблюдалась ВЧ-шерсть. Добавление бусины Spike Eater позволило решить эту проблему при Rзатвора от 10 Ом и выше (при этом время открытия возрастало, но незначительно).

Совершенно согласен с Вами (я поэтому и сказал "скорее приведет"). Конечно, зависит от конкретного случая. Бусина с поглощением в эквивалентной схеме представляется как индуктивность параллельно с сопротивлением (т.е. потери, затухание в контуре). Но характерная величина потерь, добротность, будет зависеть от емкости в цепи. Хотя, я признаю, что не имел дела с бусинами с большим затуханием, надо будет обновить познания
В случае малого затухания будет не только увеличение индуктивности, а еще сложные колебательные процессы,связанные с насыщением.

[НЕХ]

http://www.hpe.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpu..._PCIM_paper.pdf
В статье на рис.4 можно лицезреть энергию потерь выключения ключей.
На токах до 25 Ампер внутренняя емкость справляется.
Суперпереходы снимают необходимость внешнего емкостного снаббера в ZVS топологиях на умеренных токах.
CoolMOS - один из них.

А сам использовал бусинку в затворе как трансформатор для детектора времени переключения транзисторов в стойке.

На приведенной в начале страницы картинке любопытен момент - ложное приоткрытие ключа приводит к исчерпанию циркулирующей в цепи затвора энергии. Почему ?

Сообщение отредактировал НЕХ - Apr 2 2013, 20:26

[Integrator1983]

Бусина с поглощением

Насыщающаяся, с прямоугольной петлей гистерезиса.

[AlexeyW]

Насыщающаяся, с прямоугольной петлей гистерезиса.

Во! Вот это вещь, очень знакомая по совсем другим устройствам - ускоряющим линиям на насыщающихся дросселях. Колебательный процесс, похожий на меандр.