MOSFET 上的栅极电容和米勒电容

电器工程 场效应管
2022-01-19 00:52:30

如何为 MOSFET 建模栅极电容和米勒电容。施加栅极电压时两者的行为是什么?

2个回答

漏极和栅极之间总是存在电容,这可能是一个真正的问题。常见的 MOSFET 是 FQP30N06L(60V LOGIC N 沟道 MOSFET)。它具有以下电容值:-

  • 输入电容 1040 pF(栅极到源极)
  • 输出电容 350 pF(漏极到源极)
  • 反向传输电容 65 pF(漏极到栅极)

米勒电容是上面列出的反向传输电容,输入电容是栅源电容。输出电容是从漏极到源极。

对于 MOSFET,输入电容通常是三者中最大的,因为要获得良好的吞吐量(漏极电流变化导致栅源电压变化),栅极绝缘必须非常薄,这会增加栅源电容。

米勒电容(反向传输电容)通常是最小的,但它会对性能产生严重影响。

考虑上面的 MOSFET 从 50V 的电源电压切换 10A 负载。如果您驱动栅极以打开器件的漏极,则预计会在几百纳秒内从 50V 降至 0V。不幸的是,快速下降的漏极电压(当器件打开时)通过米勒电容去除栅极电荷,这可能会开始关闭器件 - 这被称为负反馈,并且可能导致小于理想的开关时间(打开和关闭)。

诀窍是确保栅极稍微过驱动以适应这种情况。看下面这张取自 FQP30N06L 数据表的图片:-

在此处输入图像描述

它显示了当栅极电压为 5V 且漏极电流为 10A 时您可以预期的结果 - 您将在器件上获得大约 0.35V 的电压降(功耗为 3.5W)。然而,随着漏极电压从 50V 迅速下降,从栅极去除的电荷可能会导致三分之一的栅极电压在开关过程中暂时“丢失”。这可以通过确保栅极驱动电压来自低源阻抗来缓解,但如果三分之一丢失,那么在短时间内,栅极电压就像是 3.5V,这会在开关过程中消耗更多功率。

关闭 MOSFET 时也是如此;漏极电压的突然上升将电荷注入栅极,这会稍微打开 MOSFET。

如果您想要更好的开关,请查看数据表并过度驱动栅极电压以将其打开,如果可能的话,应用负驱动电压将其关闭。在所有情况下都使用低阻抗驱动器。FQP30N06L 的数据表表明上升和下降时间规格使用 25 欧姆驱动阻抗。

还值得一提的是各种电容如何受电压影响。看这张图:-

在此处输入图像描述

对于非常小的漏极电压,米勒电容 (Crss) 接近 1nF - 当设备关闭时(例如漏极上的 50V)进行比较 - 电容已降至可能小于 50pF。另请参阅电压如何影响其他两个电容。

恐怕“米勒”电容这个词还没有得到适当的解释。据说米勒电容与漏极到栅极电容相同。我认为,这需要澄清。

问题是米勒效应(由负反馈引起)增加了栅极的输入电导(在常见源配置的情况下)。这适用于漏极和栅极之间(器件内部和/或外部)的任何导电元件。

粗略地说,米勒效应明显增加了栅极处的输入电容,系数等于级增益 A,因此:Cin~A*Cdg。

这意味着 - 就建模而言:米勒效应根本没有建模,Cdg 是按原样建模的(在 D 和 G 之间)。由米勒效应引起的可能增加取决于特定的应用。