口袋实验室--电子学霸神器-Digilent AD2/3-MOSFET

目录

[1. 理解MOSFET寄生电容](#1. 理解MOSFET寄生电容)

[1.1 等效示意图](#1.1 等效示意图)

[2. 米勒效应](#2. 米勒效应)

[2.1 原理解释](#2.1 原理解释)

[2.2 仿真米勒效应](#2.2 仿真米勒效应)

[3 利用米勒效应](#3 利用米勒效应)

[4 实测与仿真分析](#4 实测与仿真分析)

[5. 更多实测分析](#5. 更多实测分析)


1. 理解MOSFET寄生电容

  • 理解MOSFET寄生电容参数很重要,它们直接影响了MOSFET的开关特性。
  • MOSFET的三个主要寄生电容参数是输入电容(Ciss)、输出电容(Coss)和反向传输电容(Crss)。
  • 这些参数决定了器件在开关过程中的速度和效率。

1.1 等效示意图

  • **Ciss:**是栅极到源极(Cgs)和栅极到漏极(Cgd)电容的总和。它影响MOSFET的开启速度,因为在开关过程中需要为这些电容充电。
  • **Coss:**是漏极到源极(Cds)和栅极到漏极(Cgd)电容的总和。它影响MOSFET的关闭速度,因为在关闭过程中需要为这些电容放电。
  • **Crss:**是栅极到漏极(Cgd)电容。它在高频应用中尤其重要,因为它影响MOSFET的交叉导通和信号完整性。

2. 米勒效应

2.1 原理解释

在MOSFET开关过程中,栅极和漏极之间的电压变化会通过栅漏电容(Cgd)耦合,产生一个电流。对于栅极来说,这个电流相当于是通过一个等效的更大电容(增加的米勒电容)流入或流出,从而使得栅极电压变化所需的电荷量增加。

2.2 仿真米勒效应

构建一个简单的MOSFET驱动电路,通过C1模拟引入更大的Cgd:

仿真结果:

3 利用米勒效应

利用米勒效应平台控制inrush电流。

  • C1值至少大于C2十倍;
  • 平台期没有理想中平稳,因为G的电流,分别去了R2、C2;

仿真结果:

实际电路设计时,需要考虑:

电路中C1即Cgs,可以防止Vgs抖动,VIN开启通常都是开关或者直接插拔,Cgs有助于消除由于机械抖动导致的Vgs抖动,所以C1不能太小。C2即Cdg,Cdg与一个小电阻串联,主要目的是防止Idg过大,此外上电时,C1和C2有一个交流分压,所以C1最好远大于C2,防止MOS管误开启。

4 实测与仿真分析

实际电路中,电阻的值我们可以控制,对于寄生电容的值,我们可以通过施加一个阶跃电压(V=5V),测量RC曲线反向推导:

通过计算Time与LN(5-y)的斜率,得到RC的乘积:

现在可以轻松求得:

使用AD2实测RC曲线,并没有仿真时得到一条理想得直线,因为实测始终存在噪声:

5. 更多实测分析

|----------|----------|----------|----------|----------|----------|----------|----------|----------|----------|
| Rising | | | | | | Falling | | | |
| Time (s) | Input | Output | LN(4-y) | Slope | Slope | Time (s) | Input | Output | LN(y) |
| 4.66E-07 | 3.810041 | 0.012704 | 1.383113 | -11960.8 | -11871 | -0.0025 | 4.023051 | 3.954565 | 1.37487 |
| 1.1E-06 | 4.064158 | 0.046268 | 1.37466 | RC | RC | -0.0025 | 4.023051 | 3.958294 | 1.375813 |
| 1.73E-06 | 4.064158 | 0.08356 | 1.365183 | 8.36E-05 | 8.42E-05 | -0.0025 | 4.023051 | 3.962023 | 1.376755 |
| 2.36E-06 | 4.060421 | 0.117124 | 1.356576 | | | -0.0025 | 4.026788 | 3.962023 | 1.376755 |
| 2.99E-06 | 4.064158 | 0.150688 | 1.347895 | | | -0.0025 | 4.030525 | 3.965752 | 1.377696 |
| 3.62E-06 | 4.064158 | 0.184251 | 1.339137 | R_measured || -0.0025 | 4.026788 | 3.965752 | 1.377696 |
| 4.25E-06 | 4.060421 | 0.221544 | 1.329315 | 9.88 | | -0.0025 | 4.026788 | 3.962023 | 1.376755 |
| 4.88E-06 | 4.060421 | 0.251379 | 1.321388 | C_measured || -0.0025 | 4.030525 | 3.965752 | 1.377696 |
| 5.51E-06 | 4.064158 | 0.281213 | 1.313398 | 8.7 | | -0.0025 | 2.274128 | 3.969482 | 1.378636 |
| 6.14E-06 | 4.056684 | 0.307318 | 1.306353 | RC | | -0.0025 | -0.01292 | 3.928459 | 1.368247 |
| 6.77E-06 | 4.056684 | 0.340881 | 1.297222 | 8.6E-05 | | -0.0025 | -0.02787 | 3.883708 | 1.35679 |
| 7.4E-06 | 4.064158 | 0.370716 | 1.289035 | 实际计算结果很准确 || -0.0025 | -0.02787 | 3.842686 | 1.346172 |

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