MOS场效应管栅极电荷特性

如下所示

开通过程对应BUCK变换器上管开通状态，下管开通电压=0，损耗小；

t0起，栅源间电容充电，栅电压↑，

栅极电压公式

Ciss=MOS场效应管输入电容

Rg=MOS场效应管栅极电阻

VGS=PWM栅极驱动器输出电压

Ron=PWM栅极驱动器内部串联导通电阻

VGP=米勒平台电压

VTH=开启阈值电压

 

VGS从0至VTH前，电流不流过电流，

t1计算表达式

VGS从VTH至VGP

t2计算表达式

VGS在米勒平台t3

 

或是

米勒平台后

漏极电流=ID最大电流，电路决定保持恒定ID最大值，漏极电压下降，

MOS场效应管转移特性让栅极电压与漏极电流保持比例关系，

漏极电流恒定，栅极电压恒定，栅极电压不变，电流不流过栅源极间电容，驱动电流全部流过米勒电容；

MOS场效应管完全导通，转移特性不在约束栅极电压和漏极电流，继续增加，直至驱动电路电源电压相等；

 

MOS场效应管开通损耗

在t2和t3时间段产生

 

PWM栅极驱动器电压=5V

导通电阻=1.5Ω

关断的下拉电阻=0.5Ω

输入电压=12V

输出电压=3.3V/6A

开关频率=350kHz

MOS场效应管=AO4468

 

参数如下所示

Rg=0.5Ω

Crss=112pF

Ciss=955pF

Coss=145pF

 

VGS=4.5V  Qg=9nC；

VGS=10V  Qg=17nC  Qgd=4.7nC Qgs=3.4nC； 

VGS=5V   ID=11.6A   跨导gFS=19S

VDS=VGS  ID=250μA  VTH=2V

VGS=4.5V  ID=10A  RDS(ON)=17.4mΩ

 

开通时米勒平台电压VGP计算公式

电感L=4.7μH.

电感谷点电流=5.273A

峰值电流=6.727A

满载时电感的峰峰电流=1.454A

 

开通时米勒平台电压VGP=2+5.273/19=2.278V

即

t1=0.976ns

t2=0.187ns

t3=0.98ns

 

MOS场效应管开通时开关损耗

Crss=米勒电容

正比：Crss与t3，米勒平台占开通损耗比=84%

Crss对应Qgd是MOS场效应管产生开关损耗的原因

Ciss=Crss+Cgs

Ciss对应电荷Qg

两MOS场效应管A与B

它们对应的Qg与Ciss

A < B

若：Crss，A>B，开关损耗A > B

在选择MOS场效应管Crss值应该考虑仔细；

t3与t2大小还取决于驱动电阻，减小驱动电阻即可减小t3与t2值，即减小开关损耗，

如果开关速度过快会有EMI，栅驱动电压提升即可降低t3，米勒电压降低，阈值开启电压降低，即t3降低，开关损耗减小，

若：阈值过低，开启时导致MOS场效应管误导通；

若：跨导增加，工艺程度增加，成本增加；