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vmos開通電壓功耗和關(guān)斷過程中的關(guān)斷功耗

信息來源:本站 日期:2017-08-11 

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VMOS的開通與關(guān)斷

就VMOS的開關(guān)而言,分布參數(shù)的主要要素是結(jié)電容,其他影響要素還包括引線、端電極、PN結(jié)、管芯本體(基區(qū))的等效分布電容和分布電感,工作頻率越高,上述“其他要素”的影響就越大。思索到柵極分布參數(shù)的VMOS的開關(guān)過程在本書第3章的3.3.4、3.3.5節(jié)曾經(jīng)做了一些說明。

思索管子內(nèi)部的分布參數(shù)以后,VMOS的開通與關(guān)斷可以用圖5.69所示的電路來說明。圖5. 69中的RH(上拉電阻)、RL(下拉電阻)和RG(外部電路的柵極電阻)是為了防止柵極振蕩而設(shè)的,RG(in) 內(nèi)部柵極的等效電阻,在實(shí)際電路中足看不到的,Di為體二極管。

mos管

圖5. 69電路的相關(guān)波形如圖5.70所示,其中的(a)與本書第3章中的“圖3. 16”所示的柵電荷充放電波形圖是非常相似的。圖中波形為了說明問題而特意作了水平擴(kuò)展,與輸入的方波相比較,柵極的理論波形變成了階梯波。

在圖5. 70(a)中,VMOS的開通被分紅了四個(gè)階段,以便于問題的說明。

第①階段為柵極開通延遲階段,柵極驅(qū)動(dòng)信號主要對Cgs充電,直至柵極電壓(相關(guān)于源極)升高到VMOS的開啟電壓VGS(th),同時(shí),Cgd也會被緩慢充電,其容量也會略有減小。


第②階段為漏極開通延遲階段。在輸人側(cè),Cgs和Cgd被繼續(xù)充電,柵極電壓繼續(xù)上升,直至升高到“Miller Plateau Ievel”(米勒平頂電壓)VGS(pD)。Cgs在這個(gè)階段將被基本充溢,下一個(gè)階段將主要對Cgd中止充電,而Cgd又稱為米勒電容,VGS(pl)因此而得名。存輸出側(cè),漏極電流疾速增加,直至抵達(dá)最大(負(fù)載額定電流),但是VMOS并非“真”的導(dǎo)通,漏源電壓并沒有變化,這是由于漏極和

源極的分布電感以及體二極管結(jié)電容的存在,這些電流源自上述分布電感的續(xù)流電流并對體二極管的結(jié)電容中止放電。


第③階段為漏極導(dǎo)通階段。這一階段對輸入側(cè)而言,IG主要對Cgd中止充電,柵極電壓基本不變,因此義稱為“米勒平頂區(qū)”。對輸出側(cè)而言,體二極管完全關(guān)斷,漏極電壓疾速降落直至降到VGS(pl)而略高于飽和壓降的水平。


第④階段為飽和導(dǎo)通階段。IG繼續(xù)對cgd中止充電,使漏極的導(dǎo)通程度加深直至抵達(dá)完好飽和導(dǎo)通,cgs和Cgd被完好充溢,IG逐漸降低到接近于0的水平,而柵極電壓則逐漸升到最高,抵達(dá)接近VDD的水平。不難發(fā)現(xiàn),VMOS的開通功耗主要在②、③階段產(chǎn)生:在②階段,ID迅速提高,但是漏極電壓基本不變,VMOS的漏源極相當(dāng)于—個(gè)大電阻;而在③階段,漏極電壓有一個(gè)降落的過程,但是漏極電流維持在最大水平。


VMOS的關(guān)斷同樣可以用圖5.70(b)的四個(gè)階段中止說明。


第①階段為柵極關(guān)斷延遲階段。柵極驅(qū)動(dòng)電壓反轉(zhuǎn)后,首先對Cgs和Cgd進(jìn)行放電,柵極電壓從最大值降低到VGS(pl)。對輸出側(cè)而言,漏極的電壓和電流都基本不變。


第②階段為漏極關(guān)斷延遲階段。漏極電壓(相關(guān)于源極)疾速升高,同樣是由于漏源極分布參數(shù)和體二極管結(jié)電容的存在,漏極電流基本堅(jiān)持不變。在輸入側(cè),IG也繼續(xù)對Cps和Cgd中止放電,ID的一部分則對Cgd中止充電(對IG而言.相當(dāng)于放電)而且充電電流的數(shù)值要大于Ic對Cgd的放電電流,因此加速了Cgd的放電過程(對Ic而言)。對柵極電壓而言,這個(gè)階段和開通時(shí)的第③階段是相同的,都處于“米勒平頂區(qū)”階段。


第③階段為漏極關(guān)斷階段。漏極電流疾速降落,IG主要對Cgs放電,由于Cgd的放電在第②階段曾經(jīng)基本完成。柵極電壓降落到了VGS(th),漏極電流基本。降落到了0,漏極關(guān)斷根本完成。假如負(fù)載不是純阻性的,體二極管會在這個(gè)階段導(dǎo)通,構(gòu)成與ID方向相反的續(xù)流電流。

第④階段為關(guān)斷完成階段。ID繼續(xù)對Cgs放電直至放完,ID和VGS均降低到了最低程度,VMOS的關(guān)斷完畢。

不難發(fā)現(xiàn),關(guān)斷過程中,關(guān)斷功耗也主要發(fā)作在②、③階段。

通常所說的開關(guān)功耗主要就是指開經(jīng)過程中的開通功耗和關(guān)斷過程中的關(guān)斷功耗。由于開通與關(guān)斷的時(shí)間實(shí)踐上十分短,在此期間由于飽和導(dǎo)通惹起的功耗根本上能夠疏忽。開關(guān)功耗不只僅是VMOS管芯自身產(chǎn)生的,還包括體:二極管的續(xù)流功耗。在大功率高頻電路中,負(fù)載大多是理性負(fù)載,也有容性負(fù)載,極少有純阻性負(fù)載,因而續(xù)流功耗常常更為可觀。



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