简记_详解MOSFET的开通及关断过程

目录

一、MOS管的特性曲线 

二、MOS管的开通过程 

三、MOS管的关断过程 

四、几点结论 

一、MOS管的特性曲线

 

  • 从转移特性曲线可以看出:当Vgs上升到Vth时,MOS管开始导通电流。
  • 从输出特性曲线可以看出:Vgs的大小决定了恒流区即MOS管导通电流的通道宽的大小,也决定了可变电阻区,MOS导通电阻的大小。
  • 通常Vgs越大,通道越宽、导通电阻越小。
  • 工作在开关状态的MOS都是落在可变电阻区。

二、MOS管的开通过程

MOSFET 晶体管的开通动作可分为如下图中所示的 4 个阶段

 

第一阶段,器件的输入电容从 0V 充电至 VTH。在此期间,大部分栅极电流用于对 CGS 电容器充电。少量电流也会流经 CGD 电容器。随着栅极电压的升高,CGD 电容器的电压将略有下降。这个期间称为开通延时,因为器件的漏极电流和漏极电压均保持不变

第二阶段,栅极电平从 VTH 升高到米勒平坦电平 VGS,Miller。电流与栅极电压成正比,这是器件的线性工作区(恒流区)。在栅极侧,就像在第一阶段中那样,电流流入 CGS CGD 电容器中,并且 VGS 电压升高。在器件的输出端,漏极电流升高,同时漏源电压保持之前的电平 (VDS,off)。 基本不变。

第三阶段,米勒平坦区域驱动器提供的所有栅极电流都被转移,从而 CGD 电容器充电,以便在漏源极端子上实现快速的电压变化(下降到接近0)。现在,器件的漏极电流受到外部电路的限制,因此保持恒定

第四阶段,通过施加更高的栅极驱动电压,充分增加 MOSFET 的导通电流通道宽VGS 的最终幅值决定了开通期间器件的最终(更小的导通电阻。所以,在第四阶段中,VGS VGS,Miller 上升至最终值 VDRV。这通过对 CGS CGD 电容器充电来实现,因此现在栅极电流在两个组件之间分流。当这些电容器充电时,漏极电流仍然保持恒定,而由于器件的导通电阻下降,漏源电压略有下降。

三、MOS管的关断过程

 

第一个阶段,关断延迟,需要将 CISS 电容从初始值放电至米勒平坦电平。在这段时间内,栅极电流由 CISS 电容器自己提供,并流经 MOSFET CGS CGD 电容器。随着过驱电压降低,器件的漏极电压略有上升。漏极的电流保持不变

第二阶段,MOSFET 漏源电压从 IDRDS(on) 上升至最终的 VDS,off 电平,在此时间段内,与栅极电压波形中的米勒平坦区域对应,栅极电流完全是 CGD 电容器的充电电流,因为栅源极电压是恒定的。

第三阶段,栅极电压继续从 VGS,Miller 下降至 VTH。绝大部分栅极电流来自 CGS 电容器,因为 CGD 电容器实际上在前一个阶段中就已经充满电了。漏极电压在 VDS,off   处保持稳定漏极电流下降到接近0 。 

第四阶段,对器件的输入电容完全放电。VGS 进一步下降,直至达到 0V。器件的漏极电流和漏极电压保持不变。

四、几点结论

可以理解为: MOS的Id与Vds是分时开通或关断的。Vgs米勒平台区域这段时间 Vds 上升(关断)或下降(开通),Vth~Vmiller 这段时间,Id上升(开通)或下降(关断)。

门极电容Cgs远大于(几十倍)反转电容Cgd,但高压应用中,Cgd要进行米勒等效换算到门极。

整个开关过程,就是对Cgs、Cgd的充放电过程。因此,G极的波形上升、下降时间与Id关系不大,而与Vds有一定关系(Cgd的米勒等效)。

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THE END
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