理解MOSFET 開關(guān)過程

1、1Rex Chen2012/12/182 1.認(rèn)識MOSFET中的寄生電容 2.MOSFET柵極特性與開關(guān)過程 3.MOSFET漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程31.認(rèn)識MOSFET中的寄生電容-Cgd（米勒電容）-Cgd+Cgs=Ciss（輸入電容）-Cds=Coss（輸出電容）注：CgsCgd ?為什么Datasheet中只給出Ciss和Coss,而不是Cgd和Cgs和Coss?圖1 MOSFET的寄生電容42.MOSFET柵極特性與開關(guān)過程（1）-VTH:開啟閾值電壓-VGP:米勒平臺電壓-VCC:驅(qū)動電路的電源的電壓圖2 MOSFET開關(guān)過程中柵極電荷特性 當(dāng)驅(qū)動開通脈沖加到MOSFET的G和S

2、極時，輸入電容Ciss充電直到MOSFET開啟為止。開啟時Vgs=VTH。柵電壓達(dá)到VTH前MOSFET一直處于關(guān)斷狀態(tài),只有很小的電流流過MOSFET。Vds的電壓保持VDD不變。（t1階段）-VDD:MOSFET關(guān)斷時D和S極間施加的電壓 當(dāng)Vgs到達(dá)VTH時，漏極開始流過電流iD，然后Vgs繼續(xù)上升，iD也逐漸上升，Vds 仍然保持VDD。當(dāng)Vgs到達(dá)米勒平臺電壓VGP時，iD也上升到負(fù)載電流最大值ID , Vds的電壓開始從VDD下降。（t2階段） 米勒平臺期間， iD電流維持ID ,Vds 電壓不斷降低。 米勒平臺結(jié)束時刻， iD電流仍維持ID ,Vds 電壓降低到一個較低的值。（t

3、3階段）52.MOSFET柵極特性與開關(guān)過程（2）圖2 MOSFET開關(guān)過程中柵極電荷特性 米勒平臺結(jié)束后， iD電流仍維持ID ,Vds 電壓繼續(xù)降低，但此時降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后穩(wěn)定在Vds=Id*Rds(on)。因此通?？梢哉J(rèn)為米勒平臺結(jié)束后MOSFET基本上已經(jīng)導(dǎo)通。 （t4階段） 米勒平臺的高度受負(fù)載電流的影響，負(fù)載電流越大，則Id達(dá)到此電流的時間就越長，從而導(dǎo)致更高的VGP。 米勒平臺持續(xù)的時間TGP=QGD/Ig。QGD不僅和器件有關(guān)還和漏極VDD電壓有關(guān)。一般，VDD越高，電荷量越大。 哪些因素影響米勒平臺的高度和米勒平臺持續(xù)的時間？62.MOSFET柵極特

4、性與開關(guān)過程（3）圖2 MOSFET開關(guān)過程中柵極電荷特性 t1和t2階段,因為CgsCgd，所以驅(qū)動電流主要是為Cgs充電 （QGS）。t3階段,因為VDS從VDD開始下降，Cgd放電，米勒電流Igd分流了絕大部分的驅(qū)動電流（QGD）。使得MOSFET的柵電壓基本維持不變。t4階段，驅(qū)動電流主要是為Cgs充電（QGS）。Qg= QGS(t1,t2)+ QGD）+ QGS(t4)73.MOSFET漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程（1） 柵極電荷特性對于形象的理解MOSFET的開通過程并不直觀。因此，下面將基于漏極導(dǎo)通特性理解MOSFET開通過程。圖3 MOSFET漏極導(dǎo)通特性有時又稱飽和區(qū)或放大區(qū) 在恒

5、流區(qū)，MOSFET柵極電壓Vgs、漏極電流Id和跨導(dǎo)gFS之間的關(guān)系是：gFS=Id/Vgs83.MOSFET漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程（2）以以AOT460為例為例圖4 AOT460的開通軌跡 開通前，MOSFET的起始工作點位于圖3的右下角A點，AOT460的VDD電壓為48V,Vgs的電壓逐漸升高，Id電流為0，Vgs的電壓達(dá)到Vgs(th),Id電流從0開始逐漸增大。 圖2中t2階段對應(yīng)A-B過程，此過程工作于MOSFET的恒流區(qū)，也就是Vgs電壓和Id電流自動找平衡的過程，即Vgs電壓的變化伴隨著Id電流相應(yīng)的變化，其關(guān)系就是MOSFET的跨導(dǎo)：gFS=Id/Vgs,跨導(dǎo)可以再MOSFE

6、T數(shù)據(jù)手冊中查到。 圖2中t3階段對應(yīng)B-C過程，此階段Id電流已經(jīng)恒定在負(fù)載最大允許電流ID，因此柵極Vgs電壓也恒定在VGP(VGP=Id/gFS),此階段工作于相對穩(wěn)定的恒流區(qū)。圖2 MOSFET開關(guān)過程中柵極電荷特性93.MOSFET漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程（3）以以AOT460為例為例圖4 AOT460的開通軌跡 圖2中t4階段對應(yīng)C-D過程。在C點，米勒電容上的電荷基本上被掃除，C-D的過程柵極電壓在驅(qū)動電流的充電下又開始升高，MOSFET進(jìn)一步完全導(dǎo)通。 C-D為可變電阻區(qū)，相應(yīng)的Vgs電壓對應(yīng)著一定的Vds電壓。Vgs電壓達(dá)到最大值，Vds電壓達(dá)到最小值，由于Id電流為ID恒定，因此Vds的電壓即為ID和MOSFET的導(dǎo)通電阻的乘積。圖2 MOSFET開關(guān)過程中柵極電荷特性 小結(jié)：小結(jié)：基于M