Mosfet的密勒平台

基于漏极导通区特性理解MOSFET开关过程Adlsong摘要摘要摘要摘要：：：：本文先介绍了基于功率MOSFET的栅极电荷特性的开关过程；然后介绍了一种更直观明析的理解功率MOSFET开关过程的方法：基于功率MOSFET的导通区特性的开关过程，并详细的阐述了其开关过程。开关过程中，功率MOSFET动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时，功率MOSFET漏极的电流和栅极电压以跨导为正比例系列，线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率MOSFET漏极减小到额定的值。关键词关键词关键词关键词：：：：功率MOSFET，导通区特性，栅极电荷特性Abstract:Inthispaper,theswitchingprocessofpowermosfetisintroducedbasedonitsgate-chargecharacteristics.Thentheintuitionalandeasyunderstoodmethodbasedonitson-regioncharacteristicsispresentedanddiscussedindetail.Powermosfetruntopassthroughthreeregions:turnoff,constantcurrentand.Duringconstantcurrentregion,thedraincurrentIdvarieswithVgsandIdisproportionaltoVgswithitstransconductancegFS.Idwillreachthemaximumvalueattheregionofmillerplatform.IntheendRdsonwilldecreasetoratingvaluegraduallyduringtheregionofvariableresistance.KeyWords:PowerMosfet,On-RegionCharacteristics,Gate-ChargeCharacteristics1MOSFET的的的的栅极电荷特性与栅极电荷特性与栅极电荷特性与栅极电荷特性与开关过程开关过程开关过程开关过程尽管MOSFET在开关电源、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用，但是许多电子工程师并没有十分清楚的理解MOSFET开关过程，以及MOSFET在开关过程中所处的状态。一般来说，电子工程师通常基于栅极电荷理解MOSFET的开通的过程，如图1所示。此图在MOSFET数据表中可以查到。图1：AOT460栅极电荷特性MOSFET的D和S极加电压为VDD，当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，输入电容Ciss充电，G和S极电压Vgs线性上升并到达门槛电压VGS(th)，Vgs上升到VGS(th)之前漏极电流Id≈0A，没有漏极电流流过，Vds的电压保持VDD不变。当Vgs到达VGS(th)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VGS(pl)时，Id也上升到负载电流最大值ID，Vds的电压开始从VDD下降。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电流仍然维持ID，Vds电压降低到一个较低的值。米勒平台结束后，Id电流仍然维持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。对于上述的过程，理解难点在于为什么在米勒平台区，Vgs的电压恒定？驱动电路仍然对栅极提供驱动电流，仍然对栅极电容充电，为什么栅极的电压不上升？而且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解MOSFET开通过程。2MOSFET的的的的漏极导通特性漏极导通特性漏极导通特性漏极导通特性与开关过程与开关过程与开关过程与开关过程MOSFET的漏极导通特性如图2所示。MOSFET与三极管一样，当MOSFET应用于放大电路时，通常要使用此曲线研究其放大特性。只是三极管使用的基极电流，集电极电流和放大倍数，而MOSFET管使用栅极电压，漏极电流和跨导。图2：AOT460的漏极导通特性三极管有三个工作区：截止区，放大区和饱和区，而MOSFET对应是是关断区，恒流区和可变电阻区。注意到：MOSFET恒流区有时也称饱和区或放大区。当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，Vgs的电压逐渐升高时，MOSFET的开通轨迹A-B-C-D见图3的路线所示。图3：AOT460的开通轨迹开通前，MOSFET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的电压到VGS(th)，Id电流从0开始逐渐增大。A-B就是Vgs的电压从VGS(th增加到VGS(pl)的过程。从A到B点的过程中，可以在非常直观的发现，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，其变化关系就是MOSFET的跨导：gsdFSVIg=，跨导可以在MOSFET数据表中查到。当Id电流达到负载的最大允许电流ID时，此时对应的栅级电压FSDplGSgIV=)(。由于此时Id电流恒定，因此栅极Vgs电压也恒定不变，见图3中的B-C，此时MOSFET处于相对稳定的恒流区，工作于放大器的状态。开通前，Vgd的电压为Vgs-Vds，为负压，进入米勒平台，Vgd的负电压绝对值不断下降，过0后转为正电压。驱动电路的电流绝大部分流过CGD，以扫除米勒电容的电荷，因此栅极的电压基本维持不变。Vds电压降低到很低的值后，米勒电容的电荷基本上被扫除，即图3中的C点，于是，栅极的电压在驱动电流的充电下又开始升高，见图3中的C-D，使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。3结论结论结论结论基于MOSFET的漏极导通特性曲线可以直观的理解MOSFET开通时，跨越关断区、恒流区和可变电阻区的过程。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。