影响MOS管开关速度的因素:米勒效应-KIA MOS管
米勒效应,在电子学反相放大电路中,输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用,其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍,其中K是该级放大电路电压放大倍数。虽然一般密勒效应指的是电容的放大,但是任何输入与其它高放大节之间的阻抗也能够通过密勒效应改变放大器的输入阻抗。简单来说,就是放大电路中由于寄生电容的影响,导致的电路输入阻抗改变的现象,最终的影响表现在电路的频率响应发生改变。
MOS管的电容
输入电容Ciss
DS短接,用交流信号测得的GS之间的电容,Ciss由GS电容和GD电容并联而成,即Ciss=Cgs+Cgd,当输入电容充电至阈值电压,MOS管才打开,放电至一定的值,MOS管才关闭,所以Ciss和MOS管的开关时间有很大的关系。
输出电容Coss
GS短接,用交流信号测得的DS之间的电容,Coss由GD电容和DS电容并联而成,即Coss=Cgd+Cds。
反向传输电容Crss
S接地,GD之间的电容,即Crss=Cgd。
从MOS管的开关过程了解米勒效应
t0-t1:
当驱动开通脉冲加到MOSFET的G极和S极,等效于给输入电容Ciss充电(由于Cgs>>Cgd,主要是为Cgs充电),由于输入电容的存在,VGS只能以一定的斜率上升,这也是限制MOS管开关速度的一个因素;VGS缓慢上升到VGS(th),在这个过程中,MOS管一直处于关断状态,此时已有微小的电流流过;VDS的电压保持VDD不变。
t1~t2:
当VGS达到VGS(th),MOS开始导通,此时栅极电压继续给输入电容Ciss充电,漏极开始流过电流ID,随着VGS的上升,ID也逐渐增大,VDS仍然保持VDD;在功率MOS管的开关过程中,此阶段功耗比较大,在VGP点达到最大,但持续时间相对较短。
t2~t3:
当VGS电压达到VGP,ID达到最大值,VDS开始下降,CGD上的电压也随之减小,也就伴随着CGD的放电,栅极电流基本上用于 CGD 的放电,使得MOSFET的栅极电压基本保持不变,此时进入米勒平台时期(米勒平台就是对GS充电、放电过程中,VGS电压保持不变的时间段),米勒平台的存在使得开关时间增长,开关损耗增大。
t3~t4:
CGD放电完成,米勒平台结束,VDS继续下降,ID保持不变,MOSFET基完全导通。
减小米勒效应对MOS开关速度带来的影响,可以采取以下几点措施:
选择Cgd较小的MOS管;
提高驱动电压,避免出现驱动电压临界于平台电压的现象;
增强控制信号的驱动能力;
降低VDD电压。
MOS管开通过程米勒效应的应对措施
减缓驱动强度
a. 提高MOS管G极的输入串联电阻,一般该电阻阻值在1~100欧姆之间,具体值看MOS管的特性和工作频率,阻值越大,开关速度越缓。
b. 在MOS管GS之间并联瓷片电容,一般容量在1nF~10nF附近,看实际需求。调节电阻电容值,提高电阻和电容,降低充放电时间,减缓开关的边沿速度,这个方式特别适合于硬开关电路,消除硬开关引起的振荡,但是这两种措施都会引起MOS损耗的上升,取值需要结合实际电路应用。
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