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MOS管的米勒效应-讲的很详细

MOS管的米勒效应-讲的很详细
MOS管的米勒效应-讲的很详细

米勒效应的影响:

MOSFET的栅极驱动过程,可以简单的理解为驱动源对MOSFET的输入电容(主要是栅源极电容Cgs)的充放电过程;当Cgs达到门槛电压之后, MOSFET就会进入开通状态;当MOSFET开通后,Vds开始下降,Id开始上升,此时MOSFET进入饱和区;但由于米勒效应,Vgs会持续一段时间不再上升,此时Id已经达到最大,而Vds还在继续下降,直到米勒电容充满电,Vgs又上升到驱动电压的值,此时MOSFET进入电阻区,此时Vds彻底降下来,开通结束。

由于米勒电容阻止了Vgs的上升,从而也就阻止了Vds的下降,这样就会使损耗的时间加长。(Vgs上升,则导通电阻下降,从而Vds下降)

米勒效应在MOS驱动中臭名昭著,他是由MOS管的米勒电容引发的米勒效应,在MOS管开通过程中,GS电压上升到某一电压值后GS电压有一段稳定值,过后GS 电压又开始上升直至完全导通。为什么会有稳定值这段呢?因为,在MOS开通前,D极电压大于G极电压,MOS寄生电容Cgd储存的电量需要在其导通时注入G极与其中的电荷中和,因MOS完全导通后G极电压大于D极电压。米勒效应会严重增加MOS的开通损耗。(MOS管不能很快得进入开关状态)

所以就出现了所谓的图腾驱动!!选择MOS时,Cgd越小开通损耗就越小。米勒效应不可能完全消失。

MOSFET中的米勒平台实际上就是MOSFET处于“放大区”的典型标志

用用示波器测量GS电压,可以看到在电压上升过程中有一个平台或凹坑,这就是米勒平台。

米勒效应指在MOS管开通过程会产生米勒平台,原理如下。

理论上驱动电路在G级和S级之间加足够大的电容可以消除米勒效应。但此时开关时间会拖的很长。一般推荐值加0.1Ciess的电容值是有好处的。

下图中粗黑线中那个平缓部分就是米勒平台。

删荷系数的这张图在第一个转折点处:Vds开始导通。Vds的变化通过Cgd和驱动源的内阻形成一个微分。因为Vds近似线性下降,线性的微分是个常数,从而在Vgs处产生一个平台。

米勒平台是由于mos 的g d 两端的电容引起的,即mos datasheet里的Crss 。这个过程是给Cgd充电,所以Vgs变化很小,当Cgd充到Vgs水平的时候,Vgs 才开始继续上升。

Cgd在mos刚开通的时候,通过mos快速放电,然后被驱动电压反向充电,分担了驱动电流,使得Cgs上的电压上升变缓,出现平台

to~t1: Vgs from 0 to Vth.Mosfet没通.电流由寄生二极管Df.

t1~t2: Vgs from Vth to Va. Id

t2~t3: Vds下降.引起电流继续通过Cgd. Vdd越高越需要的时间越长.

Ig 为驱动电流.

开始降的比较快.当Vdg接近为零时,Cgd增加.直到Vdg变负,Cgd增加到最大.下降变慢.

t3~t4: Mosfet 完全导通,运行在电阻区.Vgs继续上升到Vgg.

平台后期,VGS继续增大,IDS是变化很小,那是因为MOS饱和了。。。,但是,从楼主的图中,这个平台还是有一段长度的。

这个平台期间,可以认为是MOS 正处在放大期。

前一个拐点前:MOS 截止期,此时Cgs充电,Vgs向Vth逼进。

前一个拐点处:MOS 正式进入放大期

后一个拐点处:MOS 正式退出放大期,开始进入饱和期。

当斜率为dt 的电压V施加到电容C上时(如驱动器的输出电压),将会增大电容内的电流:

I=C×dV/dt (1)

因此,向MOSFET施加电压时,将产生输入电流Igate = I1 + I2,如下图所示。

在右侧电压节点上利用式(1),可得到:

I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt) (2)

I2=Cgs×d(Vgs/dt) (3)

如果在MOSFET上施加栅-源电压Vgs,其漏-源电压Vds 就会下降(即使是呈非线性下降)。因此,可以将连接这两个电压的负增益定义为:

Av=- Vds/Vgs (4)

将式(4)代入式(2)中,可得:

I1=Cgd×(1+Av)dVgs/dt (5)

在转换(导通或关断)过程中,栅-源极的总等效电容Ceq为:

Igate=I1+I2=(Cgd×(1+Av)+Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt (6)

式中(1+Av)这一项被称作米勒效应,它描述了电子器件中输出和输入之间的电容反馈。当栅-漏电压接近于零时,将会产生米勒效应。

Cds分流最厉害的阶段是在放大区。为啥?因为这个阶段Vd变化最剧烈。平台恰恰是在这个阶段形成。你可认为:门电流Igate完全被Cds吸走,而没有电流流向Cgs。

当Cgd通过mos放电结束后(即在平台区Cgd先放电然后Vgs给它充电),MOS 进入了饱和阶段,Vd变化缓慢。虽然Vgs 的增长也能够让部分电流流想Cds,但主要的门电流是流向Cgs 。门电流的分流比:I1:I2 = Cds:Cgs ,看看电流谁分的多?呵呵。

当mos放电结束后,近似地认为门电流全部流过Cgs,因此:Vgs重新开始增长

在手册中,Ciss=Cgs+Cgd

Coss=Cds+Cgd

Crss=Cgd

场效应管和mos管的区别

功率场效应晶体管MOSFET 1.概述 MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 2.功率MOSFET的结构和工作原理 功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型。 2.1功率MOSFET的结构 功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET (Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。 功率MOSFET为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的HEXFET 采用了六边形单元;西门子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司(Motorola)的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。 2.2功率MOSFET的工作原理 截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1 反偏,漏源极之间无电流流过。 导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面 当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。 2.3功率MOSFET的基本特性

第五章 MOS场效应晶体管

第五章 MOS 场效应晶体管 § 5.1 MOS 场效应晶体管的结构和工作原理 1.基本结构 上一章我们简单提到了金属-半导体场效应晶体管(即MESFET ),它的工作原理和JEFET 的工作原理有许多类似之处。如果在金属-半导体结之间加一层氧化物绝缘层(如SiO 2)就可以形成另一种场效应晶体管,即金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ,缩写MOSFET ),如图所示(P172)。 MOS 管主要是利用半导体表面效应而制成的晶体管,参与工作的只有一种载流子(即多数载流子),所以又称为单极型晶体管。在双极型晶体管中,参加工作的不仅有多数载流子,也有少数载流子,故称为双极型晶体管。 本章主要以金属―SiO 2―P 型Si 构成的MOS 管为例来讨论其工作原理。器件的基本参数是:沟道长度L (两个N P +结间的距离);沟道宽度Z ;氧化层厚度x 0;漏区和源区的结深 x j ;衬底掺杂浓度N a 等。 MOS 场效应晶体管可以以半导体Ge 、Si 为材料,也可以用化合物GaAs 、InP 等材料制作,目前以使用Si 材料的最多。MOS 器件栅下的绝缘层可以选用SiO 2、Si 3N 4和Al 2O 3等绝缘材料,其中使用SiO 2最为普遍。 2.载流子的积累、耗尽和反型 (1)载流子积累 我们先不考虑漏极电压V D ,将源极和衬底接地,如图所示。如果在栅极加一负偏压(0G V ),就将产生由栅极指向衬底的垂直电场。在此电

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