MOSFET密勒效應(yīng)的計(jì)算與分析

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MOSFET密勒效應(yīng)的計(jì)算與分析

先上個(gè)University of Cambridge課程中的MOS圖：

MOSFET密勒效應(yīng)的計(jì)算與分析

本文主要介紹下利用MOS管的密勒效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)沖擊電流控制電路，通過(guò)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(shí)會(huì)對(duì)負(fù)載電容進(jìn)行充電，相當(dāng)于一個(gè)RC充電電路的電阻為零，理論上充電電流為無(wú)窮大。即使考慮導(dǎo)線的電阻和電容的ESR，這也是一個(gè)很大的沖擊電流。網(wǎng)上有不少資料介紹密勒平臺(tái)控制沖擊電流的電路，但大多不滿足硬件工程師的應(yīng)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(yīng)

以增強(qiáng)型N溝道MOSFET為例介紹。

注：下文圖中MOSFET符號(hào)是耗盡型，圖暫時(shí)不做修改了。
MOSFET密勒效應(yīng)的計(jì)算與分析

情形一

假設(shè)N溝道MOSFET的漏源之間存在電容Cds，Cds充滿電。

此時(shí)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(chǔ)上，再假設(shè)MOS管的柵源間存在電容Cgs。

此時(shí)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(lái)越小，Ugs上升的速度越來(lái)越慢，即dUgs/dt越來(lái)越小。

Ids越來(lái)越大，到最大后保持不變；Uds下降，下降速度越來(lái)越快，最后一最大速度線性下降直到為0；

情形三

在情形二的基礎(chǔ)上，再假設(shè)MOS管的柵漏之間存在電容Cdg。

這就相當(dāng)于引入了一個(gè)電壓負(fù)反饋，由于Uds下降，帶動(dòng)Ugs下降，Uds下降越來(lái)越快，引起Ugs下降速度越來(lái)越快。
此時(shí)有兩個(gè)因素會(huì)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(lái)越慢；
Cdg的電壓負(fù)反饋，引起Ugs下降，且下降速度越來(lái)越快；
最終上升的速度與下降的速度相等，導(dǎo)致Ugs保持不變，即dUgs/dt=0，這就是密勒效應(yīng)。

電流分析

下文從電流的角度，分析整個(gè)密勒效應(yīng)的過(guò)程，電流方向如下圖所示：
MOSFET密勒效應(yīng)的計(jì)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(guò)Cdg從柵極流向漏極，且Idg越來(lái)越大，即：Ig=Idg+Igs。
Ig越來(lái)越小，Idg越來(lái)越大，最終Ig=Idg，此時(shí)Igs=0；即dUgs/dt=0。

再?gòu)腗OS管的轉(zhuǎn)移特性曲線上，分析情形三時(shí)，MOS管開啟的整個(gè)過(guò)程。

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

可以看出，Ugs存在一個(gè)平臺(tái)，所以密勒效應(yīng)也叫密勒平臺(tái)。

這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，當(dāng)Ugs上升，Id變大，Uds下降，由于Cgd引入了電壓負(fù)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(dǎo)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(duì)時(shí)間的變化率為電流

即：Ids/Cds=Idg/Cdg

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.06.21 來(lái)源：電源適配器廠家

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