MOS管关键参数
1、开关速度:(T= Ton + Toff)
Ton = Td-on + Tr ;(开通时间 = 延迟时间 + 开通上升时间)
Toff = Td-on + Toff ;(关断时间 = 延迟时间 + 关断下降时间)
频率: f = 1 / (Ton + Toff)
2、寄生电容ESC
Ciss: Ciss = Cgs + Cgd;
Coss: Coss = Cgd + Cds;
Crss: Crss = Cgd;
如上图,GS间寄生电容是Ciss;GD间寄生电容是Crss;DS间寄生电容是Coss;
3、导通电阻Rds(on)
MOS都是有内部的寄生电阻Rds(on),其中:
寄生电阻R越小,MOS的损耗越小;在选取MOS管时一定要去查寻Rds(on)这个参数,一般时mΩ级别的;
4、最大耐压值Vds
在对MOS管选型时,还要注意它的最大耐压值,一般按1.5 ~ 2倍进行选取;
5、米勒平台现象详解
米勒平台是MOSFET在开通过程中特有的一个电压稳定阶段。当MOSFET的栅极电压Vgs上升到一定值时,漏极电压Vds开始下降,但由于栅漏电容Cgd(也称为米勒电容)的存在,栅极电压在一段时间内似乎“停滞不前”,形成一个平台状区域,即米勒平台。
在米勒平台期间,虽然栅极电压看似稳定,但实际上漏极电流Id仍在继续增加,而漏极电压Vds则在逐渐下降。这是因为在这个阶段,栅极电流主要用于对米勒电容Cgd进行充电,而不是继续提升栅极电压。因此,栅极电压在这段时间内保持稳定,形成了所谓的米勒平台。
MOS管导通过程中的各电压电流曲线如图3所示,其中Vgs曲线有著名(臭名昭著)的米勒平台,即Vgs在某段时间(t3-t2)内保持不变。
我们知道MOS管是压控器件,不同于三极管是流控器件,但是实际上MOS管在从关断到导通的过程也是需要电流(电荷)的,原因是因为MOS管各极之间存在寄生电容Cgd,Cgs和Cds,如图4所示。MOS管导通条件是Vgs电压至少达到阈值电压Vgs(th),其通过栅极电荷对Cgs电容充电实现,当MOS管完全导通后就不需要提供电流了,即压控的意思。这三个寄生电容参数值在MOS管的规格书中一般是以Ciss,Coss和Crss形式给出,其对应关系为:
反向传输电容:Crss=Cgd;米勒电容
输入电容:Ciss=Cgs+Cgd;
输出电容:Coss=Cds+Cgd。
然而,这三个等效电容是构成串并联组合关系,它们并不是独立的,而是相互影响,其中一个关键电容就是米勒电容Cgd。这个电容不是恒定的,它随着栅极和漏极间电压变化而迅速变化,同时会影响栅极和源极电容的充电。
这儿就是第2点中说到的寄生电容;
6、米勒平台的影响与应用
米勒平台对MOSFET的开关速度和效率有重要影响。一方面,米勒效应会延长MOSFET的开通时间,增加开关损耗;另一方面,通过合理设计电路,我们可以利用米勒平台来实现特定的功能,如电源缓启动等。
缓启动电路:在电源缓启动电路中,通过增加米勒电容Cgd的值,可以延长MOSFET两端电压Vds的下降时间,从而实现电源的平稳启动。这种方法对于防止电路在启动时产生过大的冲击电流非常有效,可以保护电路中的其他元件免受损坏。
开关损耗优化:虽然米勒平台会增加开关损耗,但通过合理的电路设计和控制策略,我们可以将这种损耗降至最低。例如,在高频开关电源中,可以通过优化栅极驱动电路和选择合适的MOSFET型号来减少米勒效应带来的损耗。