MOS管开启过程与米勒平台

寄生电容

MOS的三个级之间都存在有寄生电容:栅极与源极之间的寄生电容为Cgs,漏极与源极之间的寄生电容为Cds,栅极与漏极之间的寄生电容为Cgd;
输入电容Ciss=Cgs+Cgd;
输出电容Coss=Cds+Cgd;
反馈电容Crss=Cgd;
米勒电容Cgd;

以NMOS管为例,如下图所示:在这里插入图片描述

NMOS开启过程

同样以NMOS为例,NMOS的开启过程如下:
令NMOS漏极接电压5V,源极接GND,栅极接0V低电压和3.3 V高电压来控制MOS管是否导通;(注意:一般NMOS适合用来传递低压,而PMOS适合用来传递高压)
在这里插入图片描述

  1. MOS管G极为0V电压时,Vgs=0V,MOS管截止; Cgs两端电压为0,Cgd两端电压为-5V(Cgd两极板左-右+);在这里插入图片描述

  2. MOS管G级为3.3V电压时,驱动电流对Cgs与Cgd充电(驱动电流主要对Cgs充电),+电荷从MOS管G级流入Cgd左极板和Cgs左极板,Cgd两端电压变小,Cgs两端电压变大,MOS管的G极电压被抬高;在这里插入图片描述

  3. MOS管的G极电压持续被抬高,直到Vgs≥Vgs(th),MOS管开始逐渐导通,Vds之间电压急速下降,Cgd右极板上的+电荷会通过MOS被吸入GND;与此同时,Cgd左极板大量吸收MOS管G级的+电荷(此时,驱动电流主要对Cgd充电),从而导致驱动电流不能继续给Cgs充电,所以,Vgs无法继续上升,形成一个平台区(也就是米勒平台); (注意,如果米勒电容太大,可能会出现Cgd左极板同时吸收G极+电荷和Cgs左极板中+电荷的情况,导致米勒平台上有一个凹陷区域)在这里插入图片描述

  4. Cds不断吸收+电荷,直到Cgd由左-右+变为左+右-,两端电压变为3.3V,G极驱动电流重新主要给Cgs充电,Vgs经过米勒平台后继续升高,直到MOS管完全导通;在这里插入图片描述

  5. MOS管完全导通后,源极的0V电压被成功传递到栅极;在这里插入图片描述

米勒平台的危害

使MOS管开启时上升沿时间变长,MOS管发热增多,损耗加大;(开关损耗增加)

解决方法

  1. 增大驱动功率,eg:使用MOS管专用驱动芯片,使用图腾柱电路;
  2. 栅源极之间增加一个电容,增加Cgs,使得MOS管更容易完全导通;
### 英飞凌 MOSFET 米勒平台仿真工具和方法 对于英飞凌 MOSFET 的米勒平台仿真的需求,可以采用多种专业的电路设计软件来实现这一目标。常用的工具有 SPICE 及其衍生版本 LTspice 和 PSpice 等模拟环境,在这些环境中能够精确设置参数并观察到不同工作条件下的器件行为。 #### 使用SPICE类工具进行仿真 为了更贴近实际应用情况,建议获取来自制造商提供的模型文件,特别是针对特定型号的 MOSFET 器件库[^1]。这类模型通常包含了详细的电气特性描述以及寄生元件的影响因素,有助于提高仿真的准确性。具体操作如下: - **导入模型**:将从英飞凌官方网站下载得到的 .lib 或者 .sub 文件加载至所选的仿真器中; - **构建测试电路**:围绕待测 MOSFET 构建简单的驱动回路,注意加入栅极电阻 Rg 来控制开关速度,并连接合适的负载以反映真实应用场景; - **定义输入信号**:设定合理的门限电压 Vgs 波形作为激励源,确保能触发导通/截止转换过程中的瞬态响应分析; - **关注节点波形**:特别留意栅源间电位差 (Vgs)、漏源电流 Ids 以及栅极充电曲线的变化趋势,通过对比理论预期值评估是否存在异常振荡现象或延迟时间过长等问题; - **调整优化参数**:基于初步结果反馈适当调节外部组件数值比如减小Rg加快动作速率直至获得满意的性能指标为止。 ```matlab % MATLAB/Simulink 示例代码片段用于辅助理解如何配置仿真场景 mosfet_model = 'Infineon_BSC018N06NS3'; % 设定使用的MOSFET模型名称 load(mosfet_model); % 加载对应的元器件数据表信息 figure; % 创建新的图形窗口显示输出结果 plot(t,Vds,'r',t,Ids,'b'); % 绘制D-S端口间的电压流过的电流随时间变化的关系图 xlabel('Time[s]'); ylabel({'Drain-to-source Voltage[V];','Drain Current[A]'}); legend('V_{DS}','I_D'); title(['Simulation Results for ', mosfet_model]); ```
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