【元器件专题】MOS管的设计应用

MOS管更多是用来做开关作用,就是G极的电压来控制DS开通。

因此G极电压上升的越快,DS自然就会开通的越快。

任何半导体在高频下都会体现寄生电容特性,MOS管想要快速导通,GS之间的寄生电容就不能忽略。

DS构成了源,回路,阻抗。如果让DS快速开通,就需要给Cgs电容快速充电。

如果想要让DS快速关断,就需要给Cgs电容快速放电。

一、核心概念先理清

(1)MOS 管里的 Cgs 电容

  1. MOS 管的栅极(G)和源极(S)之间,天生存在一个寄生电容,叫Cgs 电容
  2. 要让 MOS 管导通,必须先给 Cgs 电容充电,让栅极电压升到开启电压;要关断它,就得给 Cgs 电容放电,把栅极电压降下来。

(2)开关过程的本质

  1. 导通时:DS 之间的电阻从【无穷大】→【Rds (on)】(导通电阻),这个过程里,电压和电流同时存在,MOS 管会发热(开关损耗)。
  2. 关断时:电阻从「Rds (on)」→「无穷大」,同样会产生开关损耗。

二、为什么要让 DS 快速开通 / 关断?

(1)慢慢开通 / 关断会发生什么?

  1. 当 MOS 管处于「不完全导通」的中间状态时,DS 之间的电阻很大,同时又有电流流过。
  2. 功率 = 电压 × 电流,电阻大 → 压降大,加上电流,就会产生巨大的功率损耗,全部变成热量。
  3. 开关过程拖得越长,停留在这个高损耗状态的时间就越久,MOS 管的温度就越高,甚至会被烧坏。

(2)快速开关的好处

  1. 让 MOS 管「瞬间」跳过中间的高损耗状态,直接进入完全导通(低阻)或完全关断(高阻)。

  2. 这样电压和电流同时存在的时间极短,开关损耗大幅降低,发热少,效率高。

三、怎么实现快速开关?

这段话里的关键:要想 DS 开关快,必须让 Cgs 电容充放电快

  1. 充电快:给栅极提供足够大的驱动电流,快速把 Cgs 电容充满,让 GS 电压快速上升,MOS 管立刻导通。
  2. 放电快:给栅极提供快速放电通路,把 Cgs 电容里的电荷快速泄放,让 GS 电压快速下降,MOS 管立刻关断。

一句话总结

MOS 管的开关损耗,全发生在从开到关 / 从关到开的过渡阶段。过渡越慢,损耗越大、发热越严重。而要让过渡变快,核心就是给栅极的 Cgs 电容提供足够快的充放电电流,让 GS 电压瞬间跳变,MOS 管才能快速完成开关动作。

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