理解MOSFET-开关过程

SilergyConfidential-Donotdistribute1•1.认识MOSFET中的寄生电容•2.MOSFET栅极特性与开关过程•3.MOSFET漏极导通特性与开关过程SilergyConfidential-Donotdistribute21.认识MOSFET中的寄生电容DGSCdsCgdCgsRg-----Cgd（米勒电容）-----Cgd+Cgs=Ciss（输入电容）-----Cds=Coss（输出电容）注：CgsCgd??为什么Datasheet中只给出Ciss和Coss,而不是Cgd和Cgs和Coss??图1MOSFET的寄生电容SilergyConfidential-Donotdistribute32.MOSFET栅极特性与开关过程（1）-----VTH:开启阈值电压-----VGP:米勒平台电压-----VCC:驱动电路的电源的电压图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，输入电容Ciss充电直到MOSFET开启为止。开启时Vgs=VTH。栅电压达到VTH前MOSFET一直处于关断状态,只有很小的电流流过MOSFET。Vds的电压保持VDD不变。（t1阶段）-----VDD:MOSFET关断时D和S极间施加的电压当Vgs到达VTH时，漏极开始流过电流iD，然后Vgs继续上升，iD也逐渐上升，Vds仍然保持VDD。当Vgs到达米勒平台电压VGP时，iD也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开始从VDD下降。（t2阶段）米勒平台期间，iD电流维持ID,Vds电压不断降低。米勒平台结束时刻，iD电流仍维持ID,Vds电压降低到一个较低的值。（t3阶段）SilergyConfidential-Donotdistribute42.MOSFET栅极特性与开关过程（2）图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性米勒平台结束后，iD电流仍维持ID,Vds电压继续降低，但此时降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后稳定在Vds=Id*Rds(on)。因此通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。（t4阶段）米勒平台的高度受负载电流的影响，负载电流越大，则Id达到此电流的时间就越长，从而导致更高的VGP。米勒平台持续的时间TGP=QGD/Ig。QGD不仅和器件有关还和漏极VDD电压有关。一般，VDD越高，电荷量越大。哪些因素影响米勒平台的高度和米勒平台持续的时间？？SilergyConfidential-Donotdistribute52.MOSFET栅极特性与开关过程（3）图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性t1和t2阶段,因为CgsCgd，所以驱动电流主要是为Cgs充电（QGS）。t3阶段,因为VDS从VDD开始下降，Cgd放电，米勒电流Igd分流了绝大部分的驱动电流（QGD）。使得MOSFET的栅电压基本维持不变。t4阶段，驱动电流主要是为Cgs充电（QGS）。Qg=QGS(t1,t2)+QGD）+QGS(t4)SilergyConfidential-Donotdistribute63.MOSFET漏极导通特性与开关过程（1）栅极电荷特性对于形象的理解MOSFET的开通过程并不直观。因此，下面将基于漏极导通特性理解MOSFET开通过程。图3MOSFET漏极导通特性有时又称饱和区或放大区在恒流区，MOSFET栅极电压Vgs、漏极电流Id和跨导gFS之间的关系是：gFS=Id/VgsSilergyConfidential-Donotdistribute73.MOSFET漏极导通特性与开关过程（2）以AOT460为例图4AOT460的开通轨迹开通前，MOSFET的起始工作点位于图3的右下角A点，AOT460的VDD电压为48V,Vgs的电压逐渐升高，Id电流为0，Vgs的电压达到Vgs(th),Id电流从0开始逐渐增大。图2中t2阶段对应A-B过程，此过程工作于MOSFET的恒流区，也就是Vgs电压和Id电流自动找平衡的过程，即Vgs电压的变化伴随着Id电流相应的变化，其关系就是MOSFET的跨导：gFS=Id/Vgs,跨导可以再MOSFET数据手册中查到。图2中t3阶段对应B-C过程，此阶段Id电流已经恒定在负载最大允许电流ID，因此栅极Vgs电压也恒定在VGP(VGP=Id/gFS),此阶段工作于相对稳定的恒流区。图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性SilergyConfidential-Donotdistribute83.MOSFET漏极导通特性与开关过程（3）以AOT460为例图4AOT460的开通轨迹图2中t4阶段对应C-D过程。在C点，米勒电容上的电荷基本上被扫除，C-D的过程栅极电压在驱动电流的充电下又开始升高，MOSFET进一步完全导通。C-D为可变电阻区，相应的Vgs电压对应着一定的Vds电压。Vgs电压达到最大值，Vds电压达到最小值，由于Id电流为ID恒定，因此Vds的电压即为ID和MOSFET的导通电阻的乘积。图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性小结：基于MOSFET的漏极导通特性可以直观的理解MOSFET开通时，跨越关断区、恒流区和可变电阻区。米勒平台即为恒流区，MOSFET工作于放大状态，Id电流为Vgs电压和跨导乘积。SilergyConfidential-Donotdistribute9ThankYou!