MOS管的開(kāi)通過(guò)程

一、認(rèn)識(shí)米勒電容

如圖，MOS管內(nèi)部有寄生電容Cgs，Cgd，Cds。因?yàn)榧纳娙莸拇嬖冢越o柵極電壓的過(guò)程就是給電容充電的過(guò)程。

其中：

輸入電容Ciss=Cgs+Cgd，

輸出電容Coss=Cgd+Cds，

反向傳輸電容Crss=Cgd，也叫米勒電容。

然而，這三個(gè)等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系，它們并不是獨(dú)立的，而是相互影響，其中一個(gè)關(guān)鍵電容就是米勒電容Cgd。這個(gè)電容不是恒定的，它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化，同時(shí)會(huì)影響柵極和源極電容的充電。

二、理解米勒效應(yīng)

米勒效應(yīng)是指MOS管g、d的極間電容Crss在開(kāi)關(guān)動(dòng)作期間引起的瞬態(tài)效應(yīng)。

可以看成是一個(gè)電容的負(fù)反饋。在驅(qū)動(dòng)前，Crss上是高電壓，當(dāng)驅(qū)動(dòng)波形上升到閾值電壓時(shí)，MOS管導(dǎo)通，d極電壓急劇下降，通過(guò)Crss拉低g腳驅(qū)動(dòng)電壓，如果驅(qū)動(dòng)功率不足，將在驅(qū)動(dòng)波形的上升沿閾值電壓附近留下一個(gè)階梯，如下圖。

有時(shí)甚至?xí)幸粋€(gè)下降尖峰趨勢(shì)平臺(tái)，而這個(gè)平臺(tái)增加了MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，造成了我們通常所說(shuō)的導(dǎo)通損耗。

三、MOS管的開(kāi)通過(guò)程

①t0—t1階段

這個(gè)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電流ig為Cgs充電，Vgs上升，Vds和Id保持不變。一直到t1時(shí)刻，Vgs上升到閾值開(kāi)啟電壓Vg(th)。在t1時(shí)刻以前，MOS處于截止區(qū)。

②t1—t2階段

t1時(shí)刻，MOS管就要開(kāi)始導(dǎo)通了，也就標(biāo)志著Id要開(kāi)始上升了。這個(gè)時(shí)間段內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流仍然是為Cgs充電，Id逐漸上升，在上升的過(guò)程中Vds會(huì)稍微有一些下降，這是因?yàn)橄陆档膁i/dt在雜散電感上面形成一些壓降。

從t1時(shí)刻開(kāi)始，MOS進(jìn)入了飽和區(qū)。在飽和有轉(zhuǎn)移特性：Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨導(dǎo)，只要Id不變Vgs就不變。Id在上升到最大值以后，而此時(shí)又處于飽和區(qū)，所以Vgs就會(huì)維持不變。

③t2—t3階段

從t2時(shí)刻開(kāi)始，進(jìn)入米勒平臺(tái)時(shí)期，米勒平臺(tái)就是Vgs在一段時(shí)間幾乎維持不動(dòng)的一個(gè)平臺(tái)。此時(shí)漏電流Id最大。且Vgs的驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)移給Cgd充電，Vgs出現(xiàn)了米勒平臺(tái)，Vgs電壓維持不變，然后Vds就開(kāi)始下降了。

④t3~t4階段

當(dāng)米勒電容Cgd充滿電時(shí)，Vgs電壓繼續(xù)上升，直至MOS管完全導(dǎo)通。

以上是MOS管開(kāi)通的四個(gè)過(guò)程。

所以在米勒平臺(tái)，是Cgd充電的過(guò)程，這時(shí)候Vgs變化很小，當(dāng)Cgd和Cgs處在同等水平時(shí)，Vgs才開(kāi)始繼續(xù)上升。

四、米勒效應(yīng)能避免嗎?

由上面的分析可以看出米勒平臺(tái)是有害的，造成開(kāi)啟延時(shí)，導(dǎo)致?lián)p耗嚴(yán)重。但因?yàn)镸OS管的制造工藝，一定會(huì)產(chǎn)生Cgd，也就是米勒電容一定會(huì)存在，所以米勒效應(yīng)不能避免。

目前減小 MOS 管米勒效應(yīng)的措施如下：

1. 提高驅(qū)動(dòng)電壓或者減小驅(qū)動(dòng)電阻，目的是增大驅(qū)動(dòng)電流，快速充電。但是可能因?yàn)榧纳姼袔?lái)震蕩問(wèn)題;

2.ZVS 零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)是可以消除米勒效應(yīng)的，即在 Vds 為 0 時(shí)開(kāi)啟溝道，在大功率應(yīng)用時(shí)較多。

審核編輯：湯梓紅