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基于寄生电容的MOS等效模型

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zxf1809721203|  楼主 | 2022-7-7 09:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
一.前言
作为一个硬件工程师,相信大家都用过MOS管,很多人看到标题会纳闷,MOS管不是压控型器件吗?对于NMOS器件,不是只要GS电压大于开启电压不久导通了吗?还要什么大的驱动电流吗?这些疑问肯定有人会有的,今天我们就来讲解一下,对于理想的MOS器件来说,我们只考虑器件本身,而不考虑MOS的寄生电容的话,那么是无需考虑驱动电流的大小的。相信大家都听过一个名词,叫寄生电容,也叫杂散电容,是电路中电子元件之间或电路模块之间,由于相互靠近所形成的电容,是设计时不希望得到的电容特性,一般来说在低频应用中我们一般不考虑,但是对于MOS管驱动电路来说,寄生电容的存在是个不可绕过的考虑因素。
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二.基于寄生电容的MOS等效模型
事实上,由于不同的厂商采用的生产工艺,以及器件结构不同,你很难用一个通用的模型表示所有的MOS,但我们可以基于不同的应用场景去构建对应的模型,我们主要说一下常用的应用于直流分析的MOS管等效模型,MOS符号表示通道电阻,JFET表示外延层电阻,你可以把外延层电阻理解成器件额定电压的函数,高耐压意味着更厚的外延层,换句话说就是MOS的DS耐压更高。从这个模型可以看出,GS,GD,DS之间都是存在寄生电容的,有电容就会有充放电,有充放电就会有gate极电压缓慢上升和缓慢下降,我们在使用MOS时,是想要gate极的电压快速达到我们想要的目标电压还是缓慢达到呢?有些人的答案可能是无所谓,这个无所谓可能会让你的MOS管上电后直接炸管,这一点我们先按下不表,我们先把驱动电流讲清楚了,本篇文章的MOS应用场合主要是MOS管是处于饱和区开关模式,而非应用于放大区工作模式。
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MOS管等效模型

三.MOS管驱动电路驱动电流计算
看了上面的MOS管等效模型,我们就可以把MOS管的开启过程理解成给GS,GD电容充电的过程,具体的过程大家可以看下图,简单来说,就是先给Cgs充电,达到米勒平台电压后,再给Cgd充电,最后继续给Cgs充电直到Cgs电压达到驱动电压。所以MOS开启过程的平均充电电流(驱动电流)可以用下面的公式计算:
pYYBAGJOOwiAH-EJAAAHDOtQySE761.png 其中Ig是gate极平均电流,Q是Qgs和Qgd的总和,t是MOS管开启时间,有了这个公式我们就能计算MOS管的开启电流了,当然也可以计算MOS管的开启时间。举个例子,如果有一个MOS管Qgs和Qgd总共是50nC,如果需要的开启时间是20ns,根据上面的公式计算,那么我们需要提供2.5A的驱动电流。
50nC/20ns=2.5A
反过来,如果我们已知驱动电流,也能计算它的开启时间。
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四.总结
今天我们主要介绍了基于寄生电容的MOS的等效模型以及驱动电流,开启或关闭时间的计算,有疑问的话欢迎大家关注留言。


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