理解开关过程

理解开关过程第一页，共十页，编辑于2023年，星期一1.认识MOSFET中的寄生电容2.MOSFET栅极特性与开关过程3.MOSFET漏极导通特性与开关过程第二页，共十页，编辑于2023年，星期一1.认识MOSFET中的寄生电容-----Cgd（米勒电容）-----Cgd+Cgs=Ciss（输入电容）-----Cds=Coss（输出电容）注：Cgs>>Cgd??为什么Datasheet中只给出Ciss和Coss,而不是Cgd和Cgs和Coss??图1MOSFET的寄生电容第三页，共十页，编辑于2023年，星期一2.MOSFET栅极特性与开关过程（1）-----VTH:开启阈值电压-----VGP:米勒平台电压-----VCC:驱动电路的电源的电压图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性

当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时，输入电容Ciss充电直到MOSFET开启为止。开启时Vgs=VTH。栅电压达到VTH前MOSFET一直处于关断状态,只有很小的电流流过MOSFET。Vds的电压保持VDD不变。（t1阶段）-----VDD:MOSFET关断时D和S极间施加的电压

当Vgs到达VTH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VGP时，iD也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开始从VDD下降。（t2阶段）

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电流仍维持ID,Vds电压降低到一个较低的值。（t3阶段）第四页，共十页，编辑于2023年，星期一2.MOSFET栅极特性与开关过程（2）图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性

米勒平台结束后，iD电流仍维持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。（t4阶段）米勒平台的高度受负载电流的影响，负载电流越大，则Id达到此电流的时间就越长，从而导致更高的VGP。

米勒平台持续的时间TGP=QGD/Ig。QGD不仅和器件有关还和漏极VDD电压有关。一般，VDD越高，电荷量越大。哪些因素影响米勒平台的高度和米勒平台持续的时间？？第五页，共十页，编辑于2023年，星期一2.MOSFET栅极特性与开关过程（3）图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性t1和t2阶段,因为Cgs>>Cgd，所以驱动电流主要是为Cgs充电

（QGS）。t3阶段,因为VDS从VDD开始下降，Cgd放电，米勒电流Igd分流了绝大部分的驱动电流（QGD）。使得MOSFET的栅电压基本维持不变。t4阶段，驱动电流主要是为Cgs充电（QGS）。Qg=QGS(t1,t2)+QGD）+QGS(t4)第六页，共十页，编辑于2023年，星期一3.MOSFET漏极导通特性与开关过程（1）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理解MOSFET开通过程。图3MOSFET漏极导通特性有时又称饱和区或放大区

在恒流区，MOSFET栅极电压Vgs、漏极电流Id和跨导gFS之间的关系是：gFS=Id/Vgs第七页，共十页，编辑于2023年，星期一3.MOSFET漏极导通特性与开关过程（2）以AOT460为例图4AOT460的开通轨迹

开通前，MOSFET的起始工作点位于图3的右下角A点，AOT460的VDD电压为48V,Vgs的电压逐渐升高，Id电流为0，Vgs的电压达到Vgs(th),Id电流从0开始逐渐增大。图2中t2阶段对应A->B过程，此过程工作于MOSFET的恒流区，也就是Vgs电压和Id电流自动找平衡的过程，即Vgs电压的变化伴随着Id电流相应的变化，其关系就是MOSFET的跨导：gFS=Id/Vgs,跨导可以再MOSFET数据手册中查到。

图2中t3阶段对应B->C过程，此阶段Id电流已经恒定在负载最大允许电流ID，因此栅极Vgs电压也恒定在VGP(VGP=Id/gFS),此阶段工作于相对稳定的恒流区。图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性第八页，共十页，编辑于2023年，星期一3.MOSFET漏极导通特性与开关过程（3）以AOT460为例图4AOT460的开通轨迹图2中t4阶段对应C->D过程。在C点，米勒电容上的电荷基本上被扫除，C->D的过程栅极电压在驱动电流的充电下又开始升高，MOSFET进一步完全导通。C->D为可变电阻区，相应的Vgs电压对应着一定的Vds电压。Vgs电压达到最大值，Vds电压达到最小值，由于Id电流为ID恒定，因此Vds的电压即为ID和MOSFET的导通电阻的乘积。图2MOSFET开关过程中栅极电荷特性

小结：基于MOSFET的漏极导通特性可