mos管結電容等效模型 MOS管的公尺勒效應

2021-10-14 14:49:22 字數 2598 閱讀 1136

如下是乙個nmos的開關電路,階躍訊號vg1設定dc電平2v,方波(振幅2v,頻率50hz),t2的開啟電壓2v,所以mos管t2會以週期t=20ms進行開啟和截止狀態的切換。

首先**vgs和vds的波形,會看到vgs=2v的時候有乙個小平台,有人會好奇為什麼vgs在上公升時會有乙個小平台?

帶著這個疑問,我們嘗試將電阻r1由5k改為1k,再次**,發現這個平台變得很小,幾乎沒有了,這又是為什麼呢?

為了理解這種現象,需要理論知識的支撐。

mos管的等效模型

我們通常看到的mos管圖形是左邊這種,右邊的稱為mos管的等效模型。

其中:cgs稱為gs寄生電容,cgd稱為gd寄生電容,輸入電容ciss=cgs+cgd,輸出電容coss=cgd+cds,反向傳輸電容crss=cgd,也叫公尺勒電容。

如果你不了解mos管輸入輸出電容概念,:帶你讀懂mos管引數「熱阻、輸入輸出電容及開關時間」

公尺勒效應的罪魁禍首就是公尺勒電容,公尺勒效應指其輸入輸出之間的分布電容cgd在反相放大的作用下,使得等效輸入電容值放大的效應,公尺勒效應會形成公尺勒平台。

首先我們需要知道的乙個點是:因為mos管製造工藝,必定產生cgd,也就是公尺勒電容必定存在,所以公尺勒效應不可避免。

mos管的開啟是乙個從無到有的過程,mos管d極和s極重疊時間越長,mos管的導通損耗越大。因為有了公尺勒電容,有了公尺勒平台,mos管的開啟時間變長,mos管的導通損耗必定會增大。

**時我們將g極電阻r1變小之後,發現公尺勒平台有改善?原因我們應該都知道了。

mos管的開啟可以看做是輸入電壓通過柵極電阻r1對寄生電容cgs的充電過程,r1越小,cgs充電越快,mos管開啟就越快,這是減小柵極電阻,公尺勒平台有改善的原因。

以nmos管來說,在mos管開啟之前,d極電壓是大於g極電壓的,隨著輸入電壓的增大,vgs在增大,cgd儲存的電荷同時需要和輸入電壓進行中和,因為mos管完全導通時,g極電壓是大於d極電壓的。

所以在公尺勒平台,是cgd充電的過程,這時候vgs變化則很小,當cgd和cgs處在同等水平時,vgs才開始繼續上公升。

我們以下右圖來分析公尺勒效應,這個電路圖是乙個什麼情況?

mos管d極負載是電感加續流二極體,工作模式和dc-dc buck一樣,mos管導通時,vdd對電感l進行充電,因為mos管導通時間極短,可以近似電感為乙個恆流源,在mos管關閉時,續流二極體給電感l提供乙個洩放路徑,形成續流。

mos管的開啟可以分為4個階段。

t0~t1階段

從t0開始,g極給電容cgs充電,vgs從0v上公升到vgs(th)時,mos管都處於截止狀態,vds保持不變,id為零。

t1~t2階段

從t1後,vgs大於mos管開啟電壓vgs(th),mos管開始導通,id電流上公升,此時的等效電路圖如下所示,在ids電流沒有達到電感電流時,一部分電流會流過二極體,二極體df仍是導通狀態,二極體的兩端處於乙個鉗位狀態,這個時候vds電壓幾乎不變,只有乙個很小的下降(雜散電感的影響)。

t1~t2階段等效電路

t2~t3階段

隨著vgs電壓的上公升,ids電流和電感電流一樣時,mos管d極電壓不再被二極體df鉗位,df處於反向截止狀態,所以vds開始下降,這時候g極的驅動電流轉移給cgd充電,vgs出現了公尺勒平台,vgs電壓維持不變,vds逐漸下降至導通壓降vf。

t2~t3階段等效電路

t3~t4階段

當公尺勒電容cgd充滿電時,vgs電壓繼續上公升,直至mos管完全導通。

t0~t1,mos管處於截止區;t1後,vgs超過mos管開啟電壓,隨著vgs的增大,id增大,當id上公升到和電感電流一樣時,續流二極體反向截止,t2~t3時間段,vgs進入公尺勒平台期,這個時候d極電壓不再被續流二極體鉗位,mos的夾斷區變小,t3後進入線性電阻區,vgs則繼續上公升,vds逐漸減小,直至mos管完全導通。

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