最近看了一下mosfet的东西,写一下mosfet上电启动过程,mosfet为增强型nmosfet
其实这里面还有很多细节比较难解释,可能属于半导体物理部分的事了,比如Vgp由什么决定,Vgs在Vth到Vgp之间的变化,为什么在Vgp平台的时候Vgs基本不变,而是属于Cgd快速充电.
在mosfet关闭的时候也会存在相同的平台问题,在时间上与上述时间点差不多,因此这部分开启关断时间也成为了mosfet发热的主要原因.
如果能实现zvs,zcs那么mosfet就不存在平台发热问题,也降低了mosfet的开关损耗.
以zvs为例,如果在mosfet需要开启之前,有一个电流从mosfet的体二极管流过,那么这个电流就会将Cds与Cgd的电荷释放掉,等mosfet驱动供电的时候,只需要给Cgd,Cgs从0电荷充电至Vgs需要的电荷量,相当与在mosfet开启的时候从电荷的角度来看从t3时刻开始,自然就只有驱动损耗了,Cds电容没有电压,Vgs到达Vth的时候,沟道形成,通过id,此时Cds没有电压,实现了ZVS,零电压开启.
分析
在分析之前有必要了解一下MOSFET的实际模型,相信一看就很明白,但是里面的RG和我们外面的Rg不一样,这个是mosfet内部寄生的,我们外面需要单独增加一个驱动电阻.
首先从起始到终止的角度来说:
| 项目 | 初始 | 终态 |
|---|---|---|
| Vgs | 0 | Vgs |
| Vds | Vdd | 0 |
| Vgd | -Vdd | Vgs |
| id | 0 | id |
| ig | 0 | 0 |
- 在t0时刻,驱动给Cgs,Cgd进行充电,Vgs增加,Vgd减小,Cgs的电流回到gnd,Cgd的电流由于mosfet关闭,因此电流会走向Vdd,因此id刚开始会有一个很小的负电流
- 在t1时刻,Vgs到达Vth,沟道开始形成,此时mosfet处于饱和区,id开始回正并逐渐增大
- 在t2时刻,Vgs到达米勒平台,此时Vgs不变,Cgs快速充电,Vgd极速下降,ig快速上升,id也极速上升
- 在t3时刻,当Vgd=Vgs,米勒平台结束,Vgs与Vgd同步上升,驱动给两个电容充电,mosfet进入线性区
- 在t4时刻,Cgs充电完毕
其实这里面还有很多细节比较难解释,可能属于半导体物理部分的事了,比如Vgp由什么决定,Vgs在Vth到Vgp之间的变化,为什么在Vgp平台的时候Vgs基本不变,而是属于Cgd快速充电.
在mosfet关闭的时候也会存在相同的平台问题,在时间上与上述时间点差不多,因此这部分开启关断时间也成为了mosfet发热的主要原因.
如果能实现zvs,zcs那么mosfet就不存在平台发热问题,也降低了mosfet的开关损耗.
以zvs为例,如果在mosfet需要开启之前,有一个电流从mosfet的体二极管流过,那么这个电流就会将Cds与Cgd的电荷释放掉,等mosfet驱动供电的时候,只需要给Cgd,Cgs从0电荷充电至Vgs需要的电荷量,相当与在mosfet开启的时候从电荷的角度来看从t3时刻开始,自然就只有驱动损耗了,Cds电容没有电压,Vgs到达Vth的时候,沟道形成,通过id,此时Cds没有电压,实现了ZVS,零电压开启.
