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MOSFET密勒效應的計算與分析

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MOSFET密勒效應的計算與分析

先上個University of Cambridge課程中的MOS圖:


MOSFET密勒效應的計算與分析


本文主要介紹下利用MOS管的密勒效應來設計沖擊電流控制電路,通過定量分析較為精確的控制上電電流。


所謂沖擊電流,電源電路上電時會對負載電容進行充電,相當于一個RC充電電路的電阻為零,理論上充電電流為無窮大。即使考慮導線的電阻和電容的ESR,這也是一個很大的沖擊電流。網(wǎng)上有不少資料介紹密勒平臺控制沖擊電流的電路,但大多不滿足硬件工程師的應用要求,即沒有給出如何根據(jù)電流限制值,確定電路中器件參數(shù)。


一、什么是密勒效應

以增強型N溝道MOSFET為例介紹。

注:下文圖中MOSFET符號是耗盡型,圖暫時不做修改了。
MOSFET密勒效應的計算與分析
情形一

假設N溝道MOSFET的漏源之間存在電容Cds,Cds充滿電。

此時在柵極加電壓,則Ugs瞬間變?yōu)閂g并保持不變;MOS管打開,Cds開始放電,放電電流恒定不變,Uds線性降低,直到為0。

情形二

在情形一的基礎上,再假設MOS管的柵源間存在電容Cgs。



此時在柵極加電壓,Cgs開始充電,Ugs上升,由于Rg的作用,充電電流越來越小,Ugs上升的速度越來越慢,即dUgs/dt越來越小。

Ids越來越大,到較大后保持不變;Uds下降,下降速度越來越快,較后一較大速度線性下降直到為0;

情形三

在情形二的基礎上,再假設MOS管的柵漏之間存在電容Cdg。

這就相當于引入了一個電壓負反饋,由于Uds下降,帶動Ugs下降,Uds下降越來越快,引起Ugs下降速度越來越快。
此時有兩個因素會引起Ugs電壓的變化:

Vg的充電作用,引起Ugs上升,但上升的速度越來越慢;
Cdg的電壓負反饋,引起Ugs下降,且下降速度越來越快;
后面上升的速度與下降的速度相等,導致Ugs保持不變,即dUgs/dt=0,這就是密勒效應。

電流分析

下文從電流的角度,分析整個密勒效應的過程,電流方向如下圖所示:
MOSFET密勒效應的計算與分析
首先,需要判斷Idg的方向。Ugs上升,上升速度下降;Uds下降,下降速度上升;則,Cdg兩端電壓Udg是下降的,且下降的速度上升;因此,電容Cdg是向MOS管的漏極放電,Idg的方向,是通過Cdg從柵極流向漏極,且Idg越來越大,即:Ig=Idg+Igs。
Ig越來越小,Idg越來越大,后面Ig=Idg,此時Igs=0;即dUgs/dt=0。

再從MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線上,分析情形三時,MOS管開啟的整個過程。

MOS管開啟后,Uds慢慢下降,后面由于密勒效應,進入恒流區(qū),Ids保持不變,Uds繼續(xù)下降,當Uds下降到一定值后,進入可變電阻區(qū),Ugs開始上升。

可以看出,Ugs存在一個平臺,所以密勒效應也叫密勒平臺。

這是一個動態(tài)平衡的過程,當Ugs上升,Id變大,Uds下降,由于Cgd引入了電壓負反饋,Ugs下降;從而Ig變大,Cgs充電,Ugs又上升。

基爾霍夫電壓定律:Uds=Udg+Ugs

取導數(shù):dUds/dt=dUdg/dt+dUgs/dt=dUdg/dt

又根據(jù)電容公式:Q=UC

即:dQds/Cdsdt=dQdg/Cdgdt

電荷對時間的變化率為電流

即:Ids/Cds=Idg/Cdg



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| 發(fā)布時間:2018.06.21    來源:電源適配器廠家
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