寄生电容产生的原因,寄生电容怎么消除-KIA MOS管
寄生电容产生原因
MOS管有三个寄生电容参数,分别是:输入电容Ciss、输出电容Coss、反向传输电容Crss。三个电容参数分别代表什么?是如何形成的?
功率半导体的核心是PN结,从二极管、三极管到场效应管,都是根据PN结特性所做的各种应用。场效应管分为结型、绝缘栅型,其中绝缘栅型也称MOS管(Metal Oxide Semiconductor)。
根据不通电情况下反型层是否存在,MOS管可分为增强型、耗尽型;
寄生电容形成的原因
1. 势垒电容:功率半导体中,当N型和P型半导体结合后,由于浓度差导致N型半导体的电子会有部分扩散到P型半导体的空穴中,因此在结合面处的两侧会形成空间电荷区(该空间电荷区形成的电场会阻值扩散运动进行,最终使扩散运动达到平衡);
2.扩散电容:当外加正向电压时,靠近耗尽层交界面的非平衡少子浓度高,远离非平衡少子浓度低,且浓度自高到底逐渐衰减直到0。当外加正向电压增大时,非平衡少子的浓度增大且浓度梯度也增大,外加电压减小时,变化相反。该现象中电荷积累和释放的过程与电容器充放电过程相同,称为扩散电容。
MOS管寄生电容结构如下,其中,多晶硅宽度、沟道与沟槽宽度、G极氧化层厚度、PN结掺杂轮廓等都是影响寄生电容的因素。
对于MOS管规格书中三个电容参数的定义,
输入电容Ciss = Cgs + Cgd;
输出电容Coss = Cds + Cgd;
反向传输电容Crss = Cgd
这三个电容几乎不受温度变化的影响,因此,驱动电压、开关频率会比较明显地影响MOS管的开关特性,而温度的影响却比较小。
寄生电容消除方法
增加初始电容值法。采用增加初始电容值的方法可以使寄生电容相对电容传感器的电容量减小。
采用驱动电缆技术,减小寄生电容。
减少引线距离和集中接地,可以减少寄生电容。
优化电路设计,减少信号线与MOS管间的耦合,同时加入合适的滤波电路,能有效减少寄生电容的影响。
注意MOS管的布局和散热设计,避免高温引起的寄生电容变化。
减小MOS管寄生电容的方法:
合理布局:在电路设计中,采用合理的布局可以减小寄生电容的产生。例如,在PCB设计中,可以采用屏蔽和隔离的方法来减少寄生电容的产生。
选择合适的材料:不同材料具有不同的介电常数,选择合适的材料可以减小寄生电容的大小。例如,在高频电路中,可以选择低介电常数的材料来减小寄生电容的影响。
使用补偿电路:在一些特殊的情况下,可以通过使用补偿电路来消除或减小寄生电容的影响。例如,在放大器电路中,可以使用补偿电路来抵消输入和输出之间的寄生电容。
减小漏区的面积与周长:通过减小漏区的面积与周长,可以有效减小结电容。
栅极串联电阻:在MOS管开关电路或驱动电路中,常常会在MOS管的栅极串接一个电阻,其作用包括限制驱动电流、转移驱动器的功率损耗、降低EM辐射和干扰、抑制MOS管栅源极的寄生震荡。
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