詳解MOS管的特性曲線

一、MOS管的特性曲線

從轉(zhuǎn)移特性曲線可以看出：當(dāng)Vgs上升到Vth時(shí)，MOS管開始導(dǎo)通電流。

從輸出特性曲線可以看出：Vgs的大小決定了恒流區(qū)即MOS管導(dǎo)通電流的通道寬的大小，也決定了可變電阻區(qū)，MOS導(dǎo)通電阻的大小。

通常Vgs越大，通道越寬、導(dǎo)通電阻越小。

工作在開關(guān)狀態(tài)的MOS都是落在可變電阻區(qū)。

二、MOS管的開通過程

MOSFET 晶體管的開通動作可分為如下圖中所示的 4 個階段

第一階段，器件的輸入電容從 0V 充電至 VTH。在此期間，大部分柵極電流用于對 CGS 電容器充電。少量電流也會流經(jīng) CGD 電容器。隨著柵極電壓的升高，CGD 電容器的電壓將略有下降。這個期間稱為開通延時(shí)，因?yàn)槠骷穆O電流和漏極電壓均保持不變。

第二階段，柵極電平從 VTH 升高到米勒平坦電平 VGS,Miller。電流與柵極電壓成正比，這是器件的線性工作區(qū)(恒流區(qū))。在柵極側(cè)，就像在第一階段中那樣，電流流入 CGS 和 CGD 電容器中，并且 VGS 電壓升高。在器件的輸出端，漏極電流升高，同時(shí)漏源電壓保持之前的電平 (VDS,off)。基本不變。

第三階段，米勒平坦區(qū)域。驅(qū)動器提供的所有柵極電流都被轉(zhuǎn)移，從而對 CGD 電容器充電，以便在漏源極端子上實(shí)現(xiàn)快速的電壓變化(下降到接近0)?，F(xiàn)在，器件的漏極電流受到外部電路的限制，因此保持恒定。

第四階段，通過施加更高的柵極驅(qū)動電壓，充分增加 MOSFET 的導(dǎo)通電流通道寬。VGS 的最終幅值決定了開通期間器件的最終(更小的)導(dǎo)通電阻。所以，在第四階段中，VGS 從 VGS,Miller 上升至最終值 VDRV。這通過對 CGS 和 CGD 電容器充電來實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)在柵極電流在兩個組件之間分流。當(dāng)這些電容器充電時(shí)，漏極電流仍然保持恒定，而由于器件的導(dǎo)通電阻下降，漏源電壓略有下降。

三、MOS管的關(guān)斷過程

第一個階段，關(guān)斷延遲，需要將 CISS 電容從初始值放電至米勒平坦電平。在這段時(shí)間內(nèi)，柵極電流由 CISS 電容器自己提供，并流經(jīng) MOSFET 的 CGS 和 CGD 電容器。隨著過驅(qū)電壓降低，器件的漏極電壓略有上升。漏極的電流保持不變。

第二階段，MOSFET 的漏源電壓從 ID?RDS(on) 上升至最終的 VDS,off 電平，在此時(shí)間段內(nèi)，與柵極電壓波形中的米勒平坦區(qū)域?qū)?yīng)，柵極電流完全是 CGD 電容器的充電電流，因?yàn)闁旁礃O電壓是恒定的。

第三階段，柵極電壓繼續(xù)從 VGS,Miller 下降至 VTH。絕大部分柵極電流來自 CGS 電容器，因?yàn)?CGD 電容器實(shí)際上在前一個階段中就已經(jīng)充滿電了。漏極電壓在 VDS,off 處保持穩(wěn)定。漏極電流下降到接近0 。

第四階段，對器件的輸入電容完全放電。VGS 進(jìn)一步下降，直至達(dá)到 0V。器件的漏極電流和漏極電壓保持不變。

四、幾點(diǎn)結(jié)論

可以理解為：MOS的Id與Vds是分時(shí)開通或關(guān)斷的。Vgs米勒平臺區(qū)域這段時(shí)間 Vds 上升(關(guān)斷)或下降(開通)，Vth~Vmiller 這段時(shí)間，Id上升(開通)或下降(關(guān)斷)。

門極電容Cgs遠(yuǎn)大于(幾十倍)反轉(zhuǎn)電容Cgd，但高壓應(yīng)用中，Cgd要進(jìn)行米勒等效換算到門極。

整個開關(guān)過程，就是對Cgs、Cgd的充放電過程。因此，G極的波形上升、下降時(shí)間與Id關(guān)系不大，而與Vds有一定關(guān)系(Cgd的米勒等效)。

審核編輯：湯梓紅