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基于漏极导通区特性来理解MOSFET的开关过程

导读: 开关过程中,功率 MOSFET动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时,功率MOSFET 漏极的电流和栅极电压以跨导为正比例系列,线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率 MOSFET 漏极减小到额定的值。

  摘要:本文先介绍了基于功率 MOSFET 的栅极电荷特性的开关过程;然后介绍了一种更直观明析的理解功率 MOSFET 开关过程的方法:基于功率 MOSFET 的导通区特性的开关过程,并详细的阐述了其开关过程。开关过程中,功率 MOSFET动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时,功率MOSFET 漏极的电流和栅极电压以跨导为正比例系列,线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率 MOSFET 漏极减小到额定的值。

  MOSFET 的栅极电荷特性与开关过程

  尽管 MOSFET 在开关电源、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用,但是许多电子工程师并没有十分清楚的理解 MOSFET 开关过程,以及 MOSFET 在开关过程中所处的状态。一般来说,电子工程师通常基于栅极电荷理解 MOSFET 的开通的过程,如图 1 所示。此图在 MOSFET 数据表中可以查到。

  MOSFET的D和S极加电压为VDD,当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时,输入电容Ciss充电,G和S极电压Vgs线性上升并到达门槛电压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的电压保持VDD不变。

  当Vgs到达VGS(th)时,漏极开始流过电流Id,然后Vgs继续上升,Id也逐渐上升,Vds仍然保持VDD。当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时,Id也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开始从VDD下降。

  米勒平台期间,Id电流维持ID,Vds电压不断降低。

  米勒平台结束时刻,Id电流仍然维持ID,Vds电压降低到一个较低的值。米勒平台结束后,Id电流仍然维持ID,Vds电压继续降低,但此时降低的斜率很小,因此降低的幅度也很小,最后稳定在Vds = Id × Rds(on)。因此通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。

  对于上述的过程,理解难点在于为什么在米勒平台区,Vgs的电压恒定?驱动电路仍然对栅极提供驱动电流,仍然对栅极电容充电,为什么栅极的电压不上升?而且栅极电荷特性对于形象的理解MOSFET的开通过程并不直观。因此,下面将基于漏极导通特性解MOSFET开通过程。

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