MOS結(jié)電容（下）MOS的結(jié)電容應(yīng)用特性分解

整體思路

我們需要先將結(jié)電容與關(guān)斷波形聯(lián)系起來。三個(gè)結(jié)電容的容值是Vds電壓的函數(shù)，同時(shí)，電壓Vds的變化（dv/dt）又與結(jié)電容相關(guān)。在一定的時(shí)間里，兩者的變化是相互耦合的，那么有什么物理量 去量化一個(gè)特定器件的關(guān)斷特性呢 ？

高中物理知識(shí)告訴我們答案： 電荷量 。

考慮單獨(dú)一個(gè)結(jié)電容的電荷變化即可。電容隨時(shí)間變化，電壓也隨時(shí)間變化，但本質(zhì)上在器件內(nèi)部最具有物理意義的變化量是電荷量Q，它反映了在特定條件下，器件耗盡層中載流子的變化規(guī)律，同時(shí)也和宏觀上的電流對(duì)應(yīng)起來。

基于這種原因，我們可以對(duì)上述公式對(duì)時(shí)間t進(jìn)行微分處理

我們知道，電荷對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)就是電流。也就是說，在器件的開關(guān)過程中，流經(jīng)結(jié)電容的電流可以分為兩個(gè)部分：一部分用于改變結(jié)電容的容值大小，另一部分用于形成動(dòng)態(tài)的電壓變化。

如下圖是一個(gè)MOS的關(guān)斷波形。在A階段，DS電壓相對(duì)較低（例如0-30V），此時(shí)流經(jīng)結(jié)電容的電流主要是在改變結(jié)電容的大小，而在B階段，結(jié)電容隨電壓變化很小了，電流主要用于產(chǎn)生正向的dv/dt，讓DS電壓上升，形成關(guān)斷。

因此，關(guān)注器件的開關(guān)特性，一定要同時(shí)關(guān)注結(jié)電容和電荷。一般datasheet會(huì)給出某一個(gè)具體條件下的上升下降時(shí)間，這個(gè)時(shí)間只能粗略地反映開關(guān)速度，在實(shí)際的應(yīng)用中，結(jié)電容隨電壓的變化曲線和Qg曲線才能幫你最全面地認(rèn)識(shí)這個(gè)器件的開關(guān)特性。

具體實(shí)例1 --區(qū)分感性負(fù)載和阻性負(fù)載

我們探討過硬開關(guān)的過程，具體是以感性換流為例說明的。的確，電力電子的大部分應(yīng)用領(lǐng)域，硬開關(guān)都是基于感性換流的，也就是說，常見的負(fù)載形式都是帶二極管鉗位的感性負(fù)載。但在一些場(chǎng)合，阻性負(fù)載也是存在的。

所謂阻性負(fù)載，就是指直接用器件控制電阻負(fù)載的接入與斷開。下圖是感性負(fù)載與阻性負(fù)載的模型示意圖。

現(xiàn)在假設(shè)這兩個(gè)電路具有相同的輸入電壓和相同的關(guān)斷電流，那么這兩種模型的關(guān)斷過程會(huì)有哪些異同呢？

請(qǐng)看下面兩張圖，如果單獨(dú)只看Vds的電壓，你能分清哪一張是感性負(fù)載的關(guān)斷波形嗎？

答案：紅色的波形是感性負(fù)載波形。

從Vds的波形看，紅色的波形Vds電壓快要達(dá)到母線電壓的時(shí)候，其dv/dt的變化是相對(duì)緩慢的，因?yàn)檫@一段對(duì)應(yīng)著上管（無論是續(xù)流二極管還是MOS）的Vds電壓逐漸降至零，其寄生電容容值在低壓段顯著變大，而阻性負(fù)載是沒有這種可變電容結(jié)構(gòu)的。

舉這個(gè)例子，是想向大家說明，器件的開關(guān)波形并非雙脈沖測(cè)試給出的那樣一成不變的。如果把教科書上的波形奉為圭臬，就很容易形成思維定勢(shì)，陷入誤區(qū)耽誤項(xiàng)目進(jìn)度。

具體實(shí)例2 --如何根據(jù)Datasheet進(jìn)行開關(guān)器件的開關(guān)動(dòng)態(tài)仿真？

需要準(zhǔn)備的工具：

讀點(diǎn)軟件，Excel，Simplis仿真軟件。

具體方法：

第一步：讀取需要仿真的開關(guān)器件的電容曲線。

網(wǎng)上可以找到很多讀點(diǎn)軟件，這里我們就不詳細(xì)講解操作方法了。通過讀點(diǎn)，我們可以得到電容容值與Vds的關(guān)系。

第二步：將得到的點(diǎn)導(dǎo)入到Excel，近似轉(zhuǎn)換成Vds與電荷量的關(guān)系。

以Coss為例，我們得到了Coss的電荷量Qoss與Vds電壓的關(guān)系，同樣的方法可以得到Qiss和Qrss。Qoss，Qiss分別與Qrss作差，就可以得到實(shí)際的結(jié)電容Cds，Cgs的電荷隨Vds的關(guān)系了，這種關(guān)系是可以導(dǎo)入到下一步的仿真模型里面的。

第三步：Simplis變電容MOS模型的建立

在Simplis仿真軟件中的Place 工具欄可以找到 Simplis Primitives選項(xiàng)，其中就有可變電容模型PWL Capacitor?？勺冸娙菽Ｐ驮俳Y(jié)合Voltage Controlled Switch 模型，可以組合搭建出變電容MOS模型如下圖。

其中，C1,C2,C3分別是MOS的Cds,Cgs，Cgd三個(gè)電容。

例如為了導(dǎo)入C1的電容電荷曲線，只需雙擊C1，把第二步中的電荷電壓關(guān)系表格復(fù)制到編輯框中的表格區(qū)域即可。這樣Cds的模型就建立了，另外Cgs，Cgd電容同理。

第四步：電路系統(tǒng)的搭建及仿真

結(jié)合自己需要仿真的電路類型，熟悉Simplis基本操作，自行搭建即可，這里我們就不具體引用了。