MOS管作為開關元件,同樣可以工作在截止和導通狀态,由于MOS管是電壓控制元件,所以主要由栅極和源極間的電壓來決定導通與否。Vgs用來控制溝道的導電性’從而控制漏極電流ID。(原理類似電流控制元件三極管)。關于MOS管的基本原理和結構本文不再贅述,大家自行百度。
以N溝道MOS管為例,Vt是其導通為閥值電壓:
- 當Vgs<Vt時,源級漏級之間隔着P區,漏結反偏,故無漏級電流,Mos管不導通;
- 當Vgs>Vt時,栅極下的P型矽表面發生強反型,形成連通源區和漏區的N型溝道産生漏級電流ID,Mos管導通。
- 對于恒定Vds,Vgs越大,則溝道中可移動的電子越多,溝道電阻就越小,ID就越大。當然這個Vgs大到一定值,電壓再大,ID的變化也不會再有太大的變化了。(這個和三極管的Ic變化是類似的道理)
- Mos管是有增強型和耗盡型之分的:
Vt>0時,稱為增強型,為常關型,零栅壓時無導電溝道。
Vt<0時,稱為耗盡型,為常開型,零栅壓時有導電溝道。
MOS管的通斷過程
1、Mos管的寄生電容
Mos管的漏、源、栅極間都有寄生電容,分别為Cds、Cgd、Cgs。
Cds=Coss (輸出電容);
Cgd Cgs=Ciss (輸入電容);
2、Mos管的開關過程
下面以MOS管開關過程中栅極電荷特性圖進行講解,
VTH:開啟閥值電壓;
VGP:米勒平台電壓;
VCC:驅動電路的電源電壓;
VDD:MOSFET關斷時D和S極間施加的電壓
- t1階段:當驅動開通脈沖加到MOSFET的G極和S極時,輸入電容Ciss充電直到FET開啟為止,開啟時有Vgs=Vth,栅極電壓達到Vth前,MOSFET一直處于關斷狀狀态,隻有很小的電流流過MOSFET,Vds的電壓Vdd保持不變。
- t2階段:當Vgs到達Vth時,漏極開始流過電流ID,然後Vgs繼續上升,ID也逐漸上升,Vds保持Vdd不變,當Vds到達米勒平台電壓Vgp時, ID也上升到負載電流最大值ID,Vds的電壓開始從Vdd下降。
- t3階段:米勒平台期間,ID繼續維持ID不變,Vds電壓不斷的降低,米勒平台結束時刻,iD電流仍維持ID,Vds電壓降到—個較低的值。米勒平台的高度受負載電流的影響,負載電流越大,則ID到達此電流的時間就越長,從而導緻更高的Vgp。
- t4階段:米勒平台結束後, iD電流仍維持ID,Vgs電壓繼續降低,但此時降低的斜率很小,因此降低的幅度也很小,最後穩定在Vds=Id×Rds(on) , 因此通常可以認為米勒平台結束後MOSFET基本上已經導通。所以為了減少開通損耗,一般要盡可能減少米勒平台的時間。
- t1和t2階段,因為Cgs>>Cgd ,所以驅動電流主要是為Cgs充電(QGS)。t3階段,因為Vds從Vds開始下降,Cgd放電,米勒電流igd分流了絕大部分的驅動電流(QGD),使得MOSFET的栅極電壓基本維持不變。t4階段,驅動電流主要是為Cgs充電(Qs)。
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