圖 1 某數(shù)據(jù)手冊(cè)關(guān)于寄生電容的描述
MOSFET的寄生電容是如何影響其開(kāi)關(guān)速度的?
發(fā)布時(shí)間:2020-11-03 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】我們應(yīng)該都清楚,MOSFET 的柵極和漏源之間都是介質(zhì)層,因此柵源和柵漏之間必然存在一個(gè)寄生電容CGS和CGD,溝道未形成時(shí),漏源之間也有一個(gè)寄生電容CDS,所以考慮寄生電容時(shí),MOSFET 的等效電路就成了圖 2 的樣子了。
我們應(yīng)該都清楚,MOSFET 的柵極和漏源之間都是介質(zhì)層,因此柵源和柵漏之間必然存在一個(gè)寄生電容CGS和CGD,溝道未形成時(shí),漏源之間也有一個(gè)寄生電容CDS,所以考慮寄生電容時(shí),MOSFET 的等效電路就成了圖 2 的樣子了。但是,我們從MOSFET 的數(shù)據(jù)手冊(cè)中一般看不到這三個(gè)參數(shù),手冊(cè)給出的參數(shù)一般是 CISS、COSS和CRSS(見(jiàn)圖 1 ),
圖 1 某數(shù)據(jù)手冊(cè)關(guān)于寄生電容的描述
它們與CGS、CGD、CDS的關(guān)系如下:
CISS=CGS+CGD(CDS 短路時(shí)),COSS=CDS+CGD,CRSS=CGD
圖 2 考慮寄生電容時(shí)的MOSFET模型
下面看一下這些寄生參數(shù)是如何影響開(kāi)關(guān)速度的。如圖 3,當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ui到來(lái)的一瞬間,由于MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài),此時(shí)CGS 和CGD上的電壓分別為UGS=0, UGD=-VDD,CGS和 CGD上的電荷量分別為 QGS= 0,QGD= UGDCGD=VDDCGD。接下來(lái) Ui通過(guò) RG對(duì) CGS充電,UGS逐漸升高(這個(gè)過(guò)程中,隨著 UGS升高,也會(huì)伴隨著 CGD的放電,但是由于VDD遠(yuǎn)大于UGS,CGD不會(huì)導(dǎo)致柵電流的明顯增加)。當(dāng)UGS達(dá)到閾值電壓時(shí),開(kāi)始有電流流過(guò)MOSFET(事實(shí)上,當(dāng)UGS還沒(méi)有達(dá)到閾值電壓時(shí),已經(jīng)有微小的電流流過(guò) MOSFET 了),MOSFET 上承受的壓降由原來(lái)的 VDD開(kāi)始減小, CGD上的電壓也會(huì)隨之減小,那么,也就伴隨著的 CGD 放電。
由于 CGD 上的電荷量 QGD= VDDCGD較大,所以放電的時(shí)間較長(zhǎng)。在放電的這段時(shí)間內(nèi),柵極電流基本上用于 CGD 的放電,因此柵源電壓的增加變得緩慢。放電完成后,Ui通過(guò)RG繼續(xù)對(duì)CGS和CGD 充電(因?yàn)榇藭r(shí)MOSFET已經(jīng)充分導(dǎo)通,相當(dāng)于CGS和CGD并聯(lián)),直到柵源電壓達(dá)到Ui,開(kāi)啟過(guò)程至此完成。圖 4 的曲線很好地描繪了導(dǎo)通過(guò)程中UGS隨時(shí)間變化的曲線。需要注意的是,由于驅(qū)動(dòng)提供的不是電流源,所以實(shí)際上的曲線并非直線,圖 4 僅代表上升趨勢(shì)。
圖 3 考慮寄生電容時(shí)的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路
圖 4 脈沖驅(qū)動(dòng)下MOSFET柵源電壓上升曲線
同時(shí),由上圖 3 不難看出,RG越大,寄生電容的充電時(shí)間將會(huì)越長(zhǎng)。顯然,RG 太大時(shí) MOSFET 不能在短時(shí)間內(nèi)充分導(dǎo)通。在高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用中(如 D 類功放、開(kāi)關(guān)電源),這個(gè)阻值一般取幾Ω到幾十Ω。然而,即使是低速情況下,RG 也不宜取得太大,因?yàn)檫^(guò)大的RG會(huì)延長(zhǎng)電容充電的時(shí)間,也就是MOSFET從關(guān)斷到充分導(dǎo)通的過(guò)渡時(shí)間。這段時(shí)間內(nèi),MOSFET處于飽和狀態(tài)(放大區(qū)),管子將同時(shí)承受較大的電壓和電流,從而引起較大的功耗。但是 RG如果取得太小或者直接短路的話,在驅(qū)動(dòng)電壓到來(lái)的一瞬間,由于寄生電容上的電壓為零,前級(jí)需要流過(guò)一個(gè)很大的電流,造成對(duì)前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的沖擊。
圖 5 為高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用中常見(jiàn)的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路,以一對(duì)互補(bǔ)的 BJT 構(gòu)成射隨器的形式滿足驅(qū)動(dòng)電流的要求。其中Q1用于開(kāi)啟時(shí)對(duì)寄生電容的充電,Q2用于關(guān)斷時(shí)對(duì)寄生電容的放電。有時(shí)候我們需要得到更快的關(guān)斷速度,通常在柵極電阻 R1 上并聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)二極管,這樣的話,放電回路將經(jīng)過(guò)這個(gè)二極管而不是電阻。
圖 5 常用的高速驅(qū)動(dòng)電路
圖 6 增加泄放電阻的驅(qū)動(dòng)電路
在實(shí)際應(yīng)用中,我們通常還會(huì)在MOSFET的柵源之間并聯(lián)一個(gè)幾KΩ到上百K Ω的電阻(如圖 6 的R2),這是為了在輸入柵源電壓不確定時(shí)(如前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路失效),防止 MOSFET 處于非理性狀態(tài)。
圖 7 殘留電荷導(dǎo)致MOSFET開(kāi)啟的實(shí)驗(yàn)電路
我們可以做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):連接如圖 7 的電路,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),即使柵極懸空,LED 也會(huì)發(fā)光。這說(shuō)明,柵源之間出現(xiàn)了高于閾值的電壓,產(chǎn)生這一電壓的原因是寄生電容上的殘留電荷。殘留電荷使得 UGS高于閾值電壓但又不足以使 MOSFET 充分導(dǎo)通。結(jié)果是 MOSFET 工作在放大狀態(tài)(飽和區(qū)),管子承受很大的功耗從而造成器件的損壞。這種現(xiàn)象更容易發(fā)生在低閾值電壓的MOSFET 中。為了防止這種情況發(fā)生,往往通過(guò)柵源間的并聯(lián)電阻泄放寄生電容上的殘留電荷。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無(wú)死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開(kāi)關(guān)模式電源問(wèn)題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問(wèn)題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書(shū)
電阻測(cè)試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開(kāi)關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)