功率MOSFET输出电容的非线性特性
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1、前言 功率MOSFET的数据表中有三个寄生电容:输入电容Ciss、输出转移电容Crss和输出电容Coss。其中,Crss为栅极G和漏源D电容,这个电容也称米勒电容;栅极和源极的电容为CGS,漏极D和源极的电容为CDS,Ciss等于CGS与Crss之和,Coss等于CDS与Crss之和。Ciss、Crss和Coss是功率MOSFET非常重要的三个动态参数,Ciss和Crss影响着开关过程中电压和电流交叠的开关损耗,以及开关过程的dV/dt和di/dt;Coss影响电容关断过程中的dV/dt,以及开通损耗。但是,Crss和Coss还有一个非常重要的特性,就是非线性特性,这个特性会影响功率MOSFET的开关性能,比如开关过程中的栅极震荡,功率MOSFET并联工作的栅极震荡,还会影响开关损耗以及桥式电路上下管死区时间计算的精度。本文将分析Crss和Coss的非线性特性。 2、Coss的非线性特性 Coss和Crss电容非线性特性就是指:当所加的偏置电压VDS发生改变的时候,它们的电容值也会发生改变,表现出非线性的特性,如图1所示。Coss和Crss的具有同样的特性,因此,下面主要以Coss为例,来进行说明。
图1:AOT10N60的电容特性 当电容二端的电压增加时,就会形成对电容的充电电流,电容二个电极上的电荷量也会增加,因此,电容二端电压的变化是通过二个电极上的电荷的变化来实现。电容值的大小,和电容二个电极的面积A成正比,和二个电极的距离d成反比,和介质介电常数e成正比:
功率MOSFET的输出电容Coss实际上是漏极D和源极S的PN结的电容,漏极D和源极S加上电压VDS,PN结的耗尽层加宽,耗尽层、也就是空间电荷区内部的电荷数量增加,形成对PN结的充电电流,因此PN结的这个特性表现为电容的特性,耗尽层在P区、N区里面的边界,就相当于电容的二个电极。
图2:功率MOSFET结构
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