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MOSFET 参数

静态参数

Idss

D→S漏电流
饱和漏源电流,栅极电压VGS=0时VDS为一定值并产生预夹断时的漏源电流。一般在uA级。

Vth

GS开启电压
Vgs>Vth时导通沟道形成

Rds

在特定的 VGS (一般为10V)、结温及漏极电流的条件下,MOSFET导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数,决定了 MOSFET导通时的消耗功率。此参数一般会随结温度的上升而有所增大。故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。

V(br)ds

漏源击穿电压。是指栅源电压 VGS为0时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压,Vds超过此值会使管子损坏。

Id

最大漏源电流
场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流。

gfs

低频跨导
是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比,是栅源电压对漏 极电流控制能力大小的量度。其曲线如下图所示。

动态参数

MOS管的动态特性与寄生电容有关,其等效模型如下所示。

其中

  • Input capacitance:Ciss = Cgd + Cgs
  • Output capacitance:Coss = Cgd + Cds
  • Reverse transfer capacitance:Crss = Cgd

整个NMOS管导通时如下图所示。

分解开来如下图所示。

t0~t1:驱动电压瞬间拉高时,Vgs从0上升到Vth,上升的时间常数t=Rg(Cgs+Cgdlow)。就是说Vgs上电时,RC电路充放电,给GS、GD电容充电。其中R为G极电阻,电容有Cgs和Cgd的一部分。此时的VDD是已经加在上面的稳定电源,当驱动电压加上时,Vds>Vgs,故导通前Cgd由DG之间充电,Vgs上升过程中Vgs给Cgd充电。由于MOS管没导通,所以DS之间电压不变,而Ig随着电容的充电而慢慢降低,该区域为夹断区。

t1~t2:Vgs达到Vth后,形成导电沟道,开始有Id电流,但电流比较小。Id与Vgs之间成线性关系(如上面图gfs所示),当Vgs增大时,DS处于导通状态,Vds降低,但是Vds降低使Cgd增加,这又反过来导致Vgs分了部分电流给增加的电容充电,使Vds趋于恒定,形成一种负反馈。另外一种解释,Vgs增大时,反型层靠近S端随Vgs而变宽,靠近D端变窄,导致gd电容变大。当形成预夹断时Id的电流接近最大值。该区域为电阻区。

t2~t4:Id达到最大值保持不变,导电沟道达到最大。由于上电时VDD已给Cgd充满电,当Vgs开启时,在t1~t2阶段,Cgd电容增大,驱动电流补电,导致Vds不变,当预夹断形成时Cdg基本不变,驱动电流不再补电,Cgd快速放电,Cgd放电时Vgs给它补电,故gs之间电流基本不变,Cgd放电与Vgs充电形成平衡,Vgs不变,形成平台。这个平台就是密勒平台。

为什么Cgd在t2时刻开始快速放电,因为t1时刻放电电流小,没有形成最大的导电沟道,导通电阻大,放电缓慢,当导电沟道完全成型后,放电最大化,Cgd开始快速放电,在放电过程中,Cgs的电被Cgd吸取部分,同时Vgs又补充部分,形成平衡,故密勒平台时期Vgs不变,Ig不变。

t4:Cgd放电完成,VDD通过沟道提供电流给负载,此时Vgs继续给Cgs、Cgd充电直到两者饱和。

总的来说就是:VDD上电后Vgd已充满,Vgs开启时,Ig先给Cgs、Cgd充电直到导电通道形成,然后Cgd、Cgs放电(密勒平台),然后Vgs继续上升给Cgd、Cgs充电直到Vgs达到设定值。

参考资料

MOSFET驱动电路设计参考