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【元器件专题】MOS管开通过程波形分析

Vgs表示的是Cgs电容两端的电压,粉丝这条线.

绿线表示的MOS管的DS电压,也就是Vds,没开通时310V.

在t0-t1时刻,MOS管开通阈值前,MOS管截止,此时Vds=310V,流过DS的电流Id=0A。

从MOS管开始导通到Vgs电压(米勒平台)这段区域的时间很短,这个过程Vgs电压微微下降。

DS电流Id在MOS管刚刚导通到米勒平台电压这段时间内会从0A急剧增大。

一、MOS 管的 2 个关键寄生电容

除了栅源电容Cgs,还有一个决定米勒平台的核心电容 ——栅漏电容 Cgd(也叫米勒电容),它是栅极 G 和漏极 D 之间的寄生电容,是米勒平台的根源。

MOS 管的栅极,其实同时接了两个电容:

  • 一端接源极 S:Cgs

  • 一端接漏极 D:Cgd

二、分 4 个阶段看懂 MOS 管导通全过程

我们对应图里的时间轴,一步步看:

阶段 1:t0~t1 —— Cgs 充电,MOS 准备导通

  • 驱动开始给栅极供电,电流先给 Cgs 充电,Vgs(栅源电压)从 0 开始上升

  • 此时 Vgs < 开启电压 Vth(4.5V),MOS 管还没导通,所以:

漏极电流 Id=0

漏源电压 Vds 保持 310V 满电压不变

阶段 2:t1~ 米勒平台起点 —— 沟道形成,Id 急剧上升

  • Vgs 超过 Vth(4.5V),MOS 管内部的感生沟道开始形成,DS 之间开始导通

  • 漏极电流 Id 从 0 开始急剧增大,直到达到负载的最大电流

  • 这个阶段,Vds 还没开始下降,驱动电流还是在给 Cgs 充电,所以 Vgs 继续上升

阶段 3:米勒平台区间 —— 核心!Cgd 充放电,Vgs 停滞

  • 当 Id 达到最大负载电流后,Vds(漏源电压)开始从 310V 大幅下降(图里是简化示意,实际是快速下降)

  • 漏极 D 的电压快速下降,而栅极 G 的电压在上升,G 和 D 之间的电压差剧烈变化,此时驱动提供的所有电流,全部用来给栅漏电容 Cgd 充放电了

  • 没有多余的电流给 Cgs 充电了,所以 Vgs 不再上升,停在一个固定电压上,形成了这段平坦的 “米勒平台”

米勒平台就是栅漏寄生电容 Cgd 的充放电过程,它 “吃掉” 了所有驱动电流,导致栅极电压 Vgs 暂时停止上升,出现了一段平坦的区间。

阶段 4:米勒平台结束 —— MOS 完全导通

  • Cgd 充放电完成后,驱动电流重新给 Cgs 充电,Vgs 继续上升到最终驱动电压

  • Vds 降到最低的导通压降(零点几 V),Id 保持稳定,MOS 管完全导通,开关过程结束

三、米勒平台的核心影响

(1)它是 MOS 管开关损耗的最大来源

米勒平台这段时间,Vds 在大幅下降、Id 已经达到最大值,电压和电流同时存在,功率损耗 = 电压 × 电流,是整个开关过程中损耗最大、发热最严重的阶段。

(2)什么会影响米勒平台的长度?

  • Cgd(米勒电容)越大:平台越长,开关越慢,损耗越大(所以选 MOS 管时,优先选 Cgd 小的)

  • 驱动电流越小:平台越长(所以要做大电流栅极驱动,快速给 Cgd 充放电,缩短平台)

http://www.jsqmd.com/news/927364/

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