MOSFET 的栅极电荷特性与开关进程
虽然 MOSFET 在开关电源、电机操控等一些电子体系中得到广泛的运用,可是许多电子工程师并没有十分清楚的了解 MOSFET 开关进程,以及 MOSFET 在开关进程中所在的状况。一般来说,电子工程师一般根据栅极电荷了解 MOSFET 的注册的进程,如图 1 所示。此图在 MOSFET 数据表中能够查到。
MOSFET的D和S极加电压为VDD,当驱动注册脉冲加到MOSFET的G和S极时,输入电容Ciss充电,G和S极电压Vgs线性上升并抵达门槛电压VGS(th),Vgs上升到VGS(th)之前漏极电流Id ≈0A,没有漏极电流流过,Vds的电压坚持VDD不变。
当Vgs抵达VGS(th)时,漏极开端流过电流Id,然后Vgs持续上升,Id也逐步上升,Vds依然坚持VDD。当Vgs抵达米勒渠道电压VGS(pl)时,Id也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开端从VDD下降。
米勒渠道期间,Id电流保持ID,Vds电压不断下降。
米勒渠道完毕时间,Id电流依然保持ID,Vds电压下降到一个较低的值。米勒渠道完毕后,Id电流依然保持ID,Vds电压持续下降,但此刻下降的斜率很小,因而下降的起伏也很小,最终安稳在Vds = Id × Rds(on)。因而一般能够以为米勒渠道完毕后MOSFET根本上现已导通。
关于上述的进程,了解难点在于为什么在米勒渠道区,Vgs的电压安稳?驱动电路依然对栅极供给驱动电流,依然对栅极电容充电,为什么栅极的电压不上升?并且栅极电荷特性关于形象的了解MOSFET的注册进程并不直观。因而,下面将根据漏极导通特性解MOSFET注册进程。
MOSFET的漏极导通特性 与开关进程
MOSFET 的漏极导通特性如图 2 所示。MOSFET 与三极管相同,当 MOSFET 运用于扩大电路时,一般要运用此曲线研究其扩大特性。仅仅三极管运用的基极电流,集电极电流和扩大倍数,而 MOSFET 管运用栅极电压,漏极电流和跨导。
三极管有三个作业区:截止区,扩大区和饱满区,而 MOSFET 对应是是关断区,恒流区和可变电阻区。注意到:MOSFET 恒流区有时也称饱满区或扩大区。当驱动注册脉冲加到 MOSFET 的 G 和 S 极时,Vgs的电压逐步升高时,MOSFET 的注册轨道 A-B-C-D 见图 3的道路所示。
注册前,MOSFET 开端作业点坐落图 3 的右下角 A 点,AOT460 的 VDD电压为 48V,Vgs的电压逐步升高,Id电流为 0,Vgs的电压到 VGS(th),Id电流从 0 开端逐步增大。
A-B 便是 Vgs的电压从 VGS(th 增加到 VGS(pl)的进程。从 A 到 B 点的进程中,能够在十分直观的发现,此进程作业于 MOSFET 的恒流区,也便是 Vgs电压和 Id电流主动找平衡的进程,即:Vgs电压的改变伴随着 Id电流相应的改变,其改变联系便是 MOSFET 的跨导:
当 Id电流到达负载的最大答应电流 ID时,此刻对应的栅级电压。因为此刻 Id电流安稳,因而栅极 Vgs电压也安稳不变,见图 3 中的 B-C,此刻 MOSFET 处于相对安稳的恒流区,作业于扩大器的状况。
注册前,Vgd的电压为 Vgs-Vds,为负压,进入米勒渠道,Vgd的负电压绝对值不断下降,过 0 后转为正电压。驱动电路的电流绝大部分流过 CGD,以打扫米勒电容的电荷,因而栅极的电压根本保持不变。Vds电压下降到很低的值后,米勒%&&&&&%的电荷根本上被打扫,即图 3中的 C 点,所以,栅极的电压在驱动电流的充电下又开端升高,见图 3 中的 C-D,使 MOSFET进一步彻底导通。
C-D 为可变电阻区,相应的 Vgs电压对应着必定的 Vds电压。Vgs电压到达最大值,Vds电压到达最小值,因为 Id电流为 ID安稳,因而 Vds的电压即为 ID和 MOSFET 的导通电阻的乘积。
定论
根据 MOSFET 的漏极导通特性曲线能够直观的了解 MOSFET 注册时,跨过关断区、恒流区和可变电阻区的进程。米勒渠道即为恒流区,MOSFET 作业于扩大状况,Id电流为 Vgs电压和跨导乘积。