理解MOSFET_开关过程总结.ppt

Silergy Confidential- Do not distribute * 理解MOSFET (感性负载)开关过程 Rex Chen 2012/12/18 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 1.认识MOSFET中的寄生电容 -----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1 MOSFET的寄生电容 2.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2 MOSFET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） 2.MOSFET栅极特性与开关过程（2） 图2 MOSFET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？？ 2.MOSFET栅极特性与开关过程（3） 图2 MOSFET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) 3.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3 MOSFET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/Vgs 3.MOSFET漏极导通特性与开关过程（2） 以AOT460为例 图4 AOT460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2 MOSFET开关过程中栅极电荷特性 3.MOSFET漏极导通特性与开关过程（3） 以AOT460为例 图4 AOT460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