為什麼Mosfets的關閉和開啟時間不一樣?

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親愛的社區,

前言:

我目前正在研究一個助推器。 作為升壓器的低側 FET,我希望使用一些英飛凌 Mosfets。

booster_schematic2.drawio.png

圖片僅供參考。

我分析了以下 MOSFET。

  1. IAUC40N08S5L140
  2. IAUC50N08S5L096

由於設計對安靜POWER_DRILL2GO損耗至關重要,因此我對開關節點 (VDS) 的上升沿(Mosfet 關斷時間)和下降沿(Mosfet 接通時間)特別感興趣。 我測量了展位 Mosfets 的 Vds 訊號(來自 10 %-90% )的上升沿和下降沿,出現了一些問題,但我無法回答。

測量:

1)

IAUC50N08S5L096

CAN PHD16.jpgCAN PHD17.jpg

如您所見,該低側 Fet 的測量 Vds 適用於

上升沿(Mosfet 關閉)~24ns

下降沿(Mosfet 導通時間)~10ns

 

2)IAUC40N08S5L140

CAN PHD19.jpgCAN PHD18.jpg

如您所見,該低側 Fet 的測量 Vds 適用於

Vds 上升沿(Mosfet 關閉)~17ns

下降沿(Mosfet 導通時間)~9ns

 

在展位案例中,線圈中的升壓電流為 5A rms。 正如您在下面的測量中看到的,針對其中一個 FET。

CAN PHD23.jpg

更多資訊:展位閘極由 7.5V 閘極電壓控制,展位測量中的閘極電阻相同。 (16,6R)

問題:

  • 為什麼Vds的上升沿(Mosfet關斷時間)比下降沿(導通時間)長很多。 特別是為什麼IAUC50N08S5L096的上升沿比IAUC40N08S5L140的上升沿長得多。 (24ns 與 17ns 相比)

我正在用 7.5V 切換柵極。 因此,我知道下降沿要快一些,因為米勒平台 < 3.75V 我還使用 6V 的閘極電壓進行了測試,但它並沒有使上升沿和下降沿相等。 我期待得到答案,並將進行所有測量和分析,以提供更多資訊(如果有幫助的話)。

 

BR 莫斯費茨殺手。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/Why-is-the-turn-off-and-turn-on-time-of-the-Mosfets-not-the-same/td-p/692294

3 回應
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嗨,

感謝您在英菲尼昂社群上發布貼文。

上升時間和下降時間是指 MOFSET 開啟和關閉的速度。有很多因素在起作用。

根據 JDEC 標準,要檢查上升和下降時間,必須考慮電流波形,而不是電壓 VDS。 因此,根據這個類比,當 MOSFET 導通且 MOSFET 兩端的電壓 (VDS) 降至零時,電流 ID 上升,電壓從 90% 升至 10% 所需的時間稱為上升時間。 當 MOSFET 關閉且 VDS 從零升至 Vmax,且電流降至零時,下降時間是 VDS 從最終電壓的 10% 升至 90% 所需的時間。

這實際上可以從波形和裝置資料表中驗證,如下所示。
從這兩個部件的數據表中,我們可以看到上升時間幾乎相似( IAUC40N08S5L140為 1ns, IAUC50N08S5L096 為 2ns) ,並且根據您的觀察,兩個 MOSFET 的 VDS 下降沿與上升沿幾乎相同。 因此,您所提供的解釋必須顛倒過來。

上升和下降時間取決於 Coss、tr、tf、Rg 和總閘極電荷等數位因子。

讓我們比較所考慮的 2 個 MOSFET 並驗證上述參數。

1.IAUC40N08S5L140:

Abhilash_P_0-1707492535441.png

2.IAUC50N08S5L096:

Abhilash_P_1-1707492607199.png

 

從上面兩張圖片可以看出, IAUC40N08S5L140相比IAUC50N08S5L096 具有較好的品質因數。因此,請您驗證您共享的波形是否正確對應於您共享的 MOSFET 部件。 因為除了這些動態特性之外,這兩種 MOSFET 的所有其他規格都相似。

 

問候,
阿布拉什 P

 

 

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/Why-is-the-turn-off-and-turn-on-time-of-the-Mosfets-not-the-same/m-p/692505

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你好,Abhilash,謝謝你回信給我。 🙂

我現在只說 Mosfet 開啟的上升沿(當 VDS 變低時(我之前標記為下降沿)。 反之亦然。 然後我們使用相同的措詞。 是的,你看到了,我在示波器圖片上貼錯了圖塊。因此更改了我第一篇文章的測量標題。 這意味著IAUC40N08S5L140 正如您所期望的那樣,切換速度更快。

 

然而,問題是一樣的。

1) 為什麼 Mosfet 的下降時間比上升時間長很多。

您的答案:上升和下降時間取決於 Coss、tr、tf、Rg 和總閘極電荷等數字因素。

是的,我明白了,但我想我不明白背後的細節。

願我們能渡過難關。

條件:Rg=16,3ohm 外部常數。 id=5A。 Vgs =6V 開啟 Mosfet

Mosfetslayer_0-1707895292808.png

 

  • Cgs和Cgd將被收取費用。 (西斯如此)[1-2]
  • 當達到米勒電壓 (3V) 時,電容器 Crss (Cgs) 將放電。 該電容器與電壓有關。 放電電流為3V/16,3ohm =~180mA。 這是我測量 Vds 從 90% 到 10% 的時間。 因此,原則上只有 Crss 對我的測量很重要(在本例中)。 [3]

 

條件:Rg=16,3ohm 外部常數。 id=5A。 Vgs =6V 關閉Mosfet

Mosfetslayer_1-1707895292811.png

 

  • Cgs和Cgd將會放電。 (所以西斯)
  • 當達到米勒電壓 (3V) 時,電容器 Crss (Cgs) 將充電。 該電容器與以前一樣依賴電壓。 充電電流也為3V/16,3ohm =~180mA。 這也是我測量 Vds 從 90% 到 10% 的時間。

Crss 根據電壓在曲線上上下移動。 但最終應該沒有什麼區別,因為打開和關閉展位的負載是相同的。 正確的?

Mosfetslayer_2-1707895292812.png

 

如果我有這些條件,我不明白上升時間和下降時間之間的差異。

 

2)第二個問題或你可以說一個後續問題。 具有與IAUC40N08S5L140如此相似特性的 Mosfet ( IAUC50N08S5L096)的下降時間怎麼可能多出 40%? 我在數據表中看到 tr 和 tf 是給定的並且不同。 但這是測量值。 為什麼它們首先不同? (這主要類似於問題 1)以及為什麼它們與 Mosfet 不同?

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@Mosfetslayer

MOSFET 的閘極可作為電容器。 一般來說,電容器的充電和放電時間是不一樣的。 在汽車 MOSFET 中,放電時間更長。 我們可以透過以下解釋來理解這一點:
1)主要原因是米勒效應。 米勒電容僅在關斷條件下生效。 因此需要更多的電流/時間來對該電容進行放電。 米勒效應僅在關閉期間出現,並且在開啟期間影響較小。 因此,與上升時間相比,下降時間更長。
2) 還有一個原因是為了防止在關斷狀態下感應導通的影響(減少由於高 di/dt 引起的感應電流的影響(汽車 MOSFET 的額定電流比普通高壓 MOSFET 的額定電流更大)) 。當這種情況發生時,MOSFET 會發生雪崩擊穿。為了消除這個問題,通常會增加下降時間。除了電容之外,晶片技術在決定 MOSFET 特性方面也發揮著重要作用。


在實際場景中,下降時間甚至會進一步增加,以消除MOSFET感應導通的影響(高di/dt會導致閘極經由閘漏電容誤導通,導致MOSFET的雪崩擊穿)場效電晶體)。
我希望上述解釋能幫助您理解下降時間較長的原因。

 

問候,
阿布拉什 P

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