功率MOSFET的正向导通等效电路
(1)等效电路
(2)说明:功率 MOSFET 正向导通时可用一电阻等效,该电阻与温度有关,温度升高,该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。
功率MOSFET的反向导通等效电路(1)
(1)等效电路(门极不加控制)
(2)说明:即内部二极管的等效电路,可用一电压降等效,此二极管为MOSFET
的体二极管,多数情况下,因其特性很差,要避免使用。
反向导通等效电路(2)
(1)等效电路(门极加控制)
(2)说明:功率 MOSFET 在门级控制下的反向导通,也可用一电阻等效,该电阻与温度有关,温度升高,该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。此工作状态称为MOSFET 的同步整流工作,是低压大电流输出开关电源中非常重要的一种工作状态。
功率MOSFET的正向截止等效电路
(1)等效电路
(2)说明:功率 MOSFET 正向截止时可用一电容等效,其容量与所加的正向电压、环境温度等有关,大小可从制造商的手册中获得。
功率MOSFET的稳态特性总结
(1)功率MOSFET 稳态时的电流/电压曲线
(2)说明:
功率 MOSFET 正向饱和导通时的稳态工作点:
当门极不加控制时,其反向导通的稳态工作点同二极管。 (3):稳态特性总结:
-- 门极与源极间的电压Vgs 控制器件的导通状态;当Vgs
-- 器件的通态电阻呈正温度系数,故原理上很容易并联扩容,但实际并联时,还要考虑驱动的对称性和动态均流问题;
-- 目前的 Logic-Level的功率 MOSFET,其Vgs只要 5V,便可保证漏源通态电阻很小;
-- 器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛,原因是它的通态电阻非常小(目前最小的为2-4 毫欧),在低压大电流输出的DC/DC 中已是最关键的器件;
包含寄生参数的功率MOSFET等效电路
(1)等效电路
(2)说明:实际的功率MOSFET 可用三个结电容,三个沟道电阻,和一个内部二极管及一个理想MOSFET 来等效。三个结电容均与结电压的大小有关,而门极的沟道电阻一般很小,漏极和源极的两个沟道电阻之和即为MOSFET 饱和时的通态电阻。
功率MOSFET的开通和关断过程原理
(1):开通和关断过程实验电路
(2):MOSFET 的电压和电流波形:
(3):开关过程原理: 开通过程[t0-t4]:
-- 在t0前,MOSFET 工作于截止状态,t0时,MOSFET 被驱动开通;
-- [t0-t1]区间,MOSFET 的GS 电压经Vgg 对Cgs充电而上升,在t1时刻,到达维持电压Vth,MOSFET 开始导电;
-- [t1-t2]区间,MOSFET 的DS 电流增加,Millier 电容在该区间内因DS 电容的放电而放电,对GS 电容的充电影响不大;
-- [t2-t3]区间,至t2 时刻,MOSFET 的DS 电压降至与Vgs 相同的电压,Millier 电容大大增加,外部驱动电压对Millier 电容进行充电,GS 电容的电压不变,Millier 电容上电压增加,而DS电容上的电压继续减小;
-- [t3-t4]区间,至t3 时刻,MOSFET 的DS 电压降至饱和导通时的电压,Millier 电容变小并和GS 电容一起由外部驱动电压充电,GS 电容的电压上升,至t4 时刻为止。此时GS 电容电压已达稳态,DS 电压也达最小,即稳定的通态压降。 关断过程[t5-t9]:
-- 在t5前,MOSFET 工作于导通状态,t5时,MOSFET 被驱动关断;
-- [t5-t6]区间,MOSFET 的Cgs 电压经驱动电路电阻放电而下降,在t6 时刻,MOSFET 的通态电阻微微上升,DS 电压梢稍增加,但DS 电流不变;
-- [t6-t7]区间,在t6时刻,MOSFET 的Millier 电容又变得很大,故GS 电容的电压不变,放电电流流过Millier 电容,使DS 电压继续增加;
-- [t7-t8]区间,至t7时刻,MOSFET 的DS 电压升至与Vgs 相同的电压,Millier 电容迅速减小,GS 电容开始继续放电,此时DS 电容上的电压迅速上升,DS 电流则迅速下降;
-- [t8-t9]区间,至t8时刻,GS 电容已放电至Vth,MOSFET 完全关断;该区间内GS 电容继续放电直至零。
因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形
(1):实验电路
(2):因二极管反向恢复引起的MOSFET 开关波形:
功率MOSFET的功率损耗公式
(1):导通损耗:
该公式对控制整流和同步整流均适用
该公式在体二极管导通时适用
(2):容性开通和感性关断损耗:
为MOSFET 器件与二极管回路中的所有分布电感只和。一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。
功率MOSFET
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