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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rds(on) aus SPICE-Parameter berechnen/bzw. Rds(on)-Wert in SPICE variieren


Autor: Daniel Fraujansen (fraujansen)
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So, meine Frage:
Wie kann man aus den Modell-Parametern aus SPICE den Rds(on) berechnen?

Mein Vorhaben:
Kondensator über einen MOSFET so schnell wie möglich entladen (ungef. 
660ns). Spannung am Kondensator sind 29V.
Die Entladezeit hängt von dem Entladewiderstand in Reihe mit dem 
Widerstand des MOSFETs (Rds(on)).

Mein Problem:
Um einen geeigneten MOSFET zu wählen (bzw. eine Liste von MOSFETS die 
meine Toleranz einhalten) will ich die Entladezeit abhängig von dem 
Rds(on) mittels pspice messen. Danach aus den Datenblättern die in Frage 
kommenden MOSFETS (nach ihrem Rds(on)-Wert) auswählen.
Nun benutze ich einen SPICE-Modell der diesen Rds(on)-Wert nicht 
ausdrücklich angibt. Nun will ich wissen wie die Modell-Parameter in den 
Rds(on)-Wert eingehen, bzw. welchen Parameter ich "hochlaufen" (sweepen) 
lassen soll um die verschiedenen Einflüsse und Ausschaltzeiten zu 
messen.

Hat da jemand eine Ahnung?

hier die modell-parameter für das IRF150 von International Rectifier 
(standart dabei im pspice for students 9.1)
-----------------------------------------------------------------------
.model IRF150  NMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0 Vmax=0 
j=0 Tox=100n Uo=600 Phi=.6 Rs=1.624m Kp=20.53u W=.3 L=2u Vto=2.831 
Rd=1.031m Rds=444.4K Cbd=3.229n Pb=.8 Mj=.5 Fc=.5 Cgso=9.027n 
Cgdo=1.679n Rg=13.89 Is=194E-18 N=1 Tt=288n)
-----------------------------------------------------------------------

Ich hab schon einige dieser Widerstände (Rs,Rd,Rds) über Bereichen von 
1mOhm zu 100kOhm hochlaufen lassen, aber die auswirkungen sind so 
minimal, das sie nicht stimmen können... also d.h. keiner dieser Werte 
ist das gesuchte Rds(on)...

Danke fürs lesen und ich hoffe ihr könnt mich helfen!

Gelesen habe ich Modellbeschreibungen von SPICE (level 1 und level 3), 
hab mir die Ersatzschaltbilder angeschaut und hab überall im Netz 
rumgeschaut... aber ohne Erfolg
-------------------------------------------------------------------
p.s. Natürlich kann ich auch auf alle Fälle die MOSFETs den mit dem 
kleinsten möglichen Rds(on)-Wert auswählen und bin auf der sicheren 
Seite, aber ich will die Abhängigeit in versch. Messungen protokollieren

Autor: Jens G. (jensig)
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da braucht man doch keine Spice-Simulation. R*C ergibt doch schon die 
Zeitkonstante dieser Anordnung, bei der der C ungefähr auf ein Drittel 
entladen ist. Je nachdem, welche Restspannung man als Entladen 
betrachtet, kannste damit doch den nötigen Rdson berechnen, dann Mosi 
auswählen.

Autor: Daniel Fraujansen (fraujansen)
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Jop, danke, das ist mir schon klar einfach die Zeit ausrechnen die der 
Kondensator braucht um sich über Rds(on)+Entladewiderstand zu entladen.

was ich will st das ganze simulieren und verschiedene plots bekommen. Um 
dann Worst-Case simulationen zu machen, Temperaturabhängigkeiten usw... 
bzw. wissen welche modellparameter sich wie stark auf meinem 
ausschaltvorgang bemerkbar machen und zu welchen datenblatt-daten sie 
entsprechen...
und wenn man schon die Modellparameter der Transistoren hat muss man 
doch daraus doch irgendwie ungefähr den Rds(on)-Wert berechnen können 
oder nicht?

Autor: Jens G. (jensig)
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nun gut - mit dem ganzen Simulations-Kram kenne ich mich leider nicht 
weiter aus :-(

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Den Parameter kann ich dir auch nicht sagen, aber wie wäre ein R in der
S-Leitung. Aus dem Datenblatt kannst du den Rds(on) ja übernehmen.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Achim S. (Gast)
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Hallo Daniel,

vielleicht hilft dir diese Parameterliste weiter:
http://www.seas.upenn.edu/~jan/spice/spice.MOSparamlist.html

Ergänzend findest du bei
http://de.wikipedia.org/wiki/MOSFET

unter "Kenndaten", wie der Strom im Mosfet von den verschiedenen Größen 
abhängt. Wenn du über Rds(on) nachdenkst heißt das, dass die Formel für 
den Linearbereich (bzw. Widerstandsbereich) gilt. Vergleich diese Formel 
(und zwei Zeilen tiefer die Erklärung von beta) mit den Parametern 
deines Modells, und du wirst sehen, dass im wesentlichen folgende Größen 
des Transistormodells für Rds(on) verantwortlich sind:

Kp=20.53u W=.3 L=2u Vto=2.831

Vto nennt sich bei wikipedia Uth, ansonsten stimmen die Bezeichnungen 
direkt überein.

Für W und L würde ich bei einem Power-Mosfet mal nicht erwarten, dass 
sie stark variieren (ohne auf dem Gebiet ein Experte zu sein), weil sie 
einfach nur die Geometrie des Transistors beschreiben. Uth (bzw. Vto) 
variiert hingegen deutlich (schon über die Temperatur, aber auch über 
den Herstellungsprozess). Und Kp dürfte auch mit den Prozessparametern 
bei der Herstellung variieren.

Damit solltest du in der Lage sein, einen worst-case Rds(on) zu 
simulieren. Ich wäre mir allerdings nicht zu sicher, dass dir das bei 
deiner eigentlichen Frage weiterhilft. Beim Entladevorgang dürfte dein 
Transistor jeweils eine Zeitlang in jedem der möglichen Bereiche 
betrieben werden (erst mal im Abschnürbereich, dann in linearen, und 
dann immer näher am Grenzwert Rds(on)). Das ganze nur als Variation von 
Rds(on) zu betrachten wird der Sache glaube ich nicht gerecht.

schöne Grüße

Achim

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