閑話少說(shuō),那個(gè),先來(lái)一張MOSFET的符號(hào)圖:
為了描述方便,放一個(gè)boost電路先:其中S就是我們的MOSFET啦。
MOS開(kāi)通過(guò)程我們主要看3個(gè)信號(hào):Vgs,Vds,Id,他們?nèi)齻€(gè)啥意思我就不解釋了。
我又笨手笨腳的畫(huà)了一個(gè)圖,我們來(lái)看圖說(shuō)話吧
從0時(shí)刻開(kāi)始,Vgs開(kāi)始上升的時(shí)候,Vds和Id保持不變,這個(gè)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電流ig為Cgs充電,Vgs上升。一直到t1時(shí)刻,Vgs上升到Vg(th),也就是門(mén)極開(kāi)啟電壓時(shí)候。在t1時(shí)刻以前,MOS處于截止區(qū)。
從t1時(shí)刻開(kāi)始,MOS就要開(kāi)始導(dǎo)通啦,它開(kāi)始導(dǎo)通的標(biāo)志就是Id要開(kāi)始上升啦!就是原來(lái)電流從電感L出來(lái)流經(jīng)二極管D,現(xiàn)在開(kāi)始要慢慢的向S換流啦。所以MOS的漏極電流Id在慢慢上升,二極管的電流在慢慢減小,但是他倆的和始終等于電感電流,在開(kāi)關(guān)開(kāi)通的這個(gè)過(guò)程中可以認(rèn)為電感電流是沒(méi)有變化的。這個(gè)時(shí)間段內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流仍然是為Cgs充電。在t1到t2的這段時(shí)間里,Id只是在安安靜靜的上升,到t2時(shí)刻,Id上升到電感電流,換流結(jié)束。在電感電流上升的這個(gè)過(guò)程中Vds會(huì)稍微有一些下降,這是因?yàn)橄陆档膁i/dt在雜散電感上面形成一些壓降,所以側(cè)到的Vds會(huì)有一些下降。從t1時(shí)刻開(kāi)始,MOS進(jìn)入了飽和區(qū)。
還是要把圖挪過(guò)來(lái)。
在Id上升到最大時(shí)候(t2),即刻就進(jìn)入了米勒平臺(tái)時(shí)期。米勒平臺(tái)就是Vgs在一段時(shí)間幾乎維持不動(dòng)的一個(gè)平臺(tái)。前面說(shuō)了,從t1時(shí)刻開(kāi)始,MOS進(jìn)入了飽和區(qū),在飽和有轉(zhuǎn)移特性:Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨導(dǎo)。那么可以看出,只要Id不變Vgs就不變。Id在上升到最大值以后,也就是MOS和diode換流結(jié)束后,Id就等于電感電流IL了,而此時(shí)又處于飽和區(qū),所以Vgs就會(huì)維持不變,也就是維持米勒平臺(tái)的電壓。
那么從這個(gè)時(shí)候(t2)開(kāi)始Vgs的驅(qū)動(dòng)電流給誰(shuí)充了電呢?答案是Cgd。驅(qū)動(dòng)的電流ig為Cgd充電(從另一個(gè)方向來(lái)說(shuō),可以叫放電),然后Vds就開(kāi)始下降了。由于超級(jí)結(jié)在開(kāi)通伊始的縱向擴(kuò)散,比較小的GD電容,所以Vds一開(kāi)始下降的比較快,大約在下降到100V左右的時(shí)候,縱向擴(kuò)散完成,變成橫向擴(kuò)散,GD電容變大,所以Vds下降的斜率變緩。
那么miller平臺(tái)什么時(shí)候結(jié)束呢?miller平臺(tái)要想結(jié)束,必須進(jìn)入線性區(qū),不然繼續(xù)在飽和區(qū)待下去,就會(huì)被和Id“綁”在一起,所以當(dāng)MOS進(jìn)入線性區(qū)之后,miller平臺(tái)結(jié)束。那么什么時(shí)候進(jìn)入線性呢?根據(jù)MOS的特性曲線,在Vds下降到等于此時(shí)的Vgs-Vg(th)這個(gè)值的時(shí)候,MOS進(jìn)入線性區(qū)(t4時(shí)刻之后)。此時(shí)Vds的大小會(huì)由Rds*Id決定,驅(qū)動(dòng)電流開(kāi)始繼續(xù)為Cgs和Cgd充電。而Vgs也開(kāi)始恢復(fù)繼續(xù)上升。MOS基本導(dǎo)通。
上面大概描述了MOS的開(kāi)通過(guò)程的波形圖。
現(xiàn)在重點(diǎn)說(shuō)一下這個(gè)miller平臺(tái)。詳細(xì)說(shuō)一下這其中的過(guò)程。
把MOS圖在擺過(guò)來(lái)。
在t2時(shí)刻開(kāi)始,處在飽和區(qū)的MOS轉(zhuǎn)移特性公式,真實(shí)為Ich=Vgs*Gm,Ich為溝道電流,即上圖中DS之間紅色部分的電流。于是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流為Cgs充一點(diǎn)電,Vgs增加Δvgs,那么Ich增加Δich,而Ich增加的部分只能由Cds放電提供,(因?yàn)閺碾娐分械膩?lái)的那部分電流已經(jīng)固定),于是Cds放電為Ich提供增加的電流。于是Vds就下降,也就是Vgd會(huì)下降,那么Δigd=Cgd*ΔVgd/Δt,igd就會(huì)增加,然后igs就會(huì)下降,所以Vgs就不能增加只能這樣動(dòng)態(tài)的維持在米勒平臺(tái)附近??梢钥闯鲞@是一個(gè)負(fù)反饋的過(guò)程。所以Cgd也叫反饋電容。
通常測(cè)到的米勒平臺(tái)并不是這么平,而是在米勒平臺(tái)開(kāi)始的地方有一個(gè)突起,然后慢慢回歸到米勒平臺(tái)。通??赡苡?個(gè)原因:
1:二極管的反向恢復(fù)導(dǎo)致Id電流大于電感電流IL,因此Vgs需要提供更大的驅(qū)動(dòng)電壓;
2:源極雜散電感在Id變化時(shí)形成的壓降,疊加在Vgs上面。
而Id也會(huì)有一部分超出IL,就是二極管的反向恢復(fù)電流疊加。
當(dāng)然,如果是斷續(xù)模式,二極管的反向恢復(fù)就小得多。
我們實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)得到的開(kāi)通波形圖(管子是我們的4A/700V的超級(jí)結(jié)MOS):
綠色:Vgs;
黃色:Vds;
紫色:Id;
仿真波形:
依次為Id、Vds、Vgs
從前面的分析可以看出,MOS的開(kāi)通損耗主要是在t1到t3這兩段時(shí)間內(nèi):
t1到t2這段時(shí)間內(nèi)是Vds大電壓高壓,Id下上升的過(guò)程;
t2到t3這段時(shí)間內(nèi)是Id大電流,Vds下降的過(guò)程;
所以開(kāi)關(guān)損耗主要集中在這兩段時(shí)間內(nèi)。
我來(lái)解釋一下這個(gè)波形里面白色圓圈畫(huà)出來(lái)的部分是怎么回事。
說(shuō)一下我們測(cè)試用的二極管是幾乎沒(méi)有反向恢復(fù)的,但是它有結(jié)電容。
所以在MOS的Vds下降的過(guò)程中,二極管的陽(yáng)極電壓就會(huì)隨著下降,那么在二極管的結(jié)電容兩端就會(huì)形成一個(gè)dv/dt,這個(gè)dv/dt在二極管的結(jié)電容上形成的電流就會(huì)和電感電流一起形成MOS的漏極電流。所以,就可以看到白色圓圈里面的電流比后面穩(wěn)定之后的電流大一點(diǎn)。