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搞懂MOS管,你不得不知道的米勒效應(yīng) - MOS管, 米勒效應(yīng),驅(qū)動電壓 - KIA-mos管

作者: 時間:2024.9.10

場效應(yīng)管可以分成兩大類:一類是結(jié)型場效應(yīng)管(JFET),

                                      一類是絕緣柵場效應(yīng)管(MOSFET)。

  MOS管種類

  MOS管共有3個腳,柵極G,漏極D,源極S,通常情況下,MOS管的襯底是跟S極在管子內(nèi)部是連接在一起的,而且,MOS管的D極和S極之間一般會有一個寄生二極管,所以,你見到的MOS管的符號通常是畫成下面這樣的。

  MOS管符號

  仔細觀察的朋友可以發(fā)現(xiàn),無論是N溝道還是P溝道,寄生二極管的方向總是跟箭頭的方向是一致的。其實在一般使用中,更多是使用N溝道增強型或者P溝道增強型MOS管,耗盡型的管子是比較少使用到的。那么,如何使用MOS管做電子開關(guān)?比如用來驅(qū)動LED?先來兩個圖。

  MOS管簡單應(yīng)用

  一般認為MOS管導(dǎo)通是不需要電流,只要UGS提供一定的電壓就可以導(dǎo)通了。對于N溝道增強型的MOS管,當UGS大于一定值時就會導(dǎo)通,這里所說的“一定值”是指開啟電壓UGS(th),N溝道增強型UGS(th)一般是2~4V之間。

  對于P溝道增強型的MOS管,當UGS小于一定值時就會導(dǎo)通,P溝道增強型UGS(th)一般是-2~-4V之間。

  如果UGS達不到相應(yīng)的電壓值,MOS就無法導(dǎo)通,所以說MOS管是電壓控制型元件??赡軙信笥褑?,電路圖中的電阻Rgs有什么作用?

  是這樣的,在MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)里,G極與D極、S極實際上是有一層絕緣層二氧化硅進行隔離的,這就相當于存在一個電容器。

一、認識米勒電容
如圖,MOS管內(nèi)部有寄生電容Cgs,Cgd,Cds。因為寄生電容的存在,所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程。

其中:

輸入電容Ciss=Cgs+Cgd,
輸出電容Coss=Cgd+Cds,
反向傳輸電容Crss=Cgd,也叫米勒電容。

然而,這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系,它們并不是獨立的,而是相互影響,其中一個關(guān)鍵電容就是米勒電容Cgd。這個電容不是恒定的,它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化,同時會影響柵極和源極電容的充電。

二、理解米勒效應(yīng)

米勒效應(yīng)是指MOS管g、d的極間電容Crss在開關(guān)動作期間引起的瞬態(tài)效應(yīng)。

可以看成是一個電容的負反饋。在驅(qū)動前,Crss上是高電壓,當驅(qū)動波形上升到閾值電壓時,MOS管導(dǎo)通,d極電壓急劇下降,通過Crss拉低g腳驅(qū)動電壓,如果驅(qū)動功率不足,將在驅(qū)動波形的上升沿閾值電壓附近留下一個階梯,如下圖。

有時甚至?xí)幸粋€下降尖峰趨勢平臺,而這個平臺增加了MOS管的導(dǎo)通時間,造成了我們通常所說的導(dǎo)通損耗。

三、MOS管的開通過程

①t0—t1階段

這個過程中,驅(qū)動電流ig為Cgs充電,Vgs上升,Vds和Id保持不變。一直到t1時刻,Vgs上升到閾值開啟電壓Vg(th)。在t1時刻以前,MOS處于截止區(qū)。

②t1—t2階段

t1時刻,MOS管就要開始導(dǎo)通了,也就標志著Id要開始上升了。這個時間段內(nèi)驅(qū)動電流仍然是為Cgs充電,Id逐漸上升,在上升的過程中Vds會稍微有一些下降,這是因為下降的di/dt在雜散電感上面形成一些壓降。

從t1時刻開始,MOS進入了飽和區(qū)。在飽和有轉(zhuǎn)移特性:Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨導(dǎo),只要Id不變Vgs就不變。Id在上升到最大值以后,而此時又處于飽和區(qū),所以Vgs就會維持不變。

③t2—t3階段

從t2時刻開始,進入米勒平臺時期,米勒平臺就是Vgs在一段時間幾乎維持不動的一個平臺。此時漏電流Id最大。且Vgs的驅(qū)動電流轉(zhuǎn)移給Cgd充電,Vgs出現(xiàn)了米勒平臺,Vgs電壓維持不變,然后Vds就開始下降了。

④t3~t4階段

當米勒電容Cgd充滿
電時,Vgs電壓繼續(xù)上升,直至MOS管完全導(dǎo)通。

以上是MOS管開通的四個過程。

所以在米勒平臺,是Cgd充電的過程,這時候Vgs變化很小,當Cgd和Cgs處在同等水平時,Vgs才開始繼續(xù)上升。

四、米勒效應(yīng)能避免嗎?

由上面的分析可以看出米勒平臺是有害的,造成開啟延時,導(dǎo)致?lián)p耗嚴重。但因為MOS管的制造工藝,一定會產(chǎn)生Cgd,也就是米勒電容一定會存在,所以米勒效應(yīng)不能避免。

目前減小 MOS 管米勒效應(yīng)的措施如下:

1. 提高驅(qū)動電壓或者減小驅(qū)動電阻,目的是增大驅(qū)動電流,快速充電。但是可能因為寄生電感帶來震蕩問題;
2.ZVS 零電壓開關(guān)技術(shù)是可以消除米勒效應(yīng)的,即在 Vds 為 0 時開啟溝道,在大功率應(yīng)用時較多。

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