MOS管的密勒效应开通关断损耗分析

2024-04-20 23:14:44

MOS管的密勒效应

密勒效应是指在MOS管开通时由于密勒电容Cgd的影响，导致栅源电压无法直接升至外加电压V，而是在保持Va一段时间后接着再上升至外加电压V。一般情况下，讨论MOSFET开关关断的过程，都是基于其有一个感性的负载，可以理解S极下面接了一个有二极管反并联的电流源（可以参考BUCK电路理解），具体的分析过程如下：
①t₀-t₁
Vgs<Vgs(th)，此时MOS管工作于截止区，V_DS保持不变，电流保持不变。
②t₁-t₂
此时Vgs>Vgs(th)，管子开启，此时V_DS很大，MOS管工作于恒流区，i_D=g_mVgs，电流随着Vgs线性增大而增大
③t₂-t₃
当i_D升至与外电路电感电流相等时，电流不会增加，此时还是恒流区，因此Vgs也不会增加，所以此时驱动电压开始给Cgd充电,所以V_DS不断减少，只到减少到某个值时使管子进入可变电阻区，此时Vgs继续上升。

密勒效应阻止了MOS管及时进入开关状态，提高了开关损耗。

MOS管的开关损耗分析

这里我们先选择了infineon公司型号为IPAN70R600P7S进行分析，我们可以在datasheet里找到如下参数：

还可以找到MOS管开通关断时V_DS和V_GS波形图如下

td(on)：开通延迟时间，因为开关管开通时V_DS电压的下降会滞后于V_gs电压的上升，该滞后时间就为td(on)

tr：上升时间，指开关管开通或关断时V_DS下降或上升所需的时间

td(off)：关断延迟时间，开关管关断时，V_DS电压的上升滞后于V_gs电压的下降，滞后时间就为td(off)

MOS管开通关断损耗

上图为MOS管开通关断时V_gs和V_DS的关系，而V_DS和I_D的关系如下图所示

开通损耗：
在I_D到达最大值后V_DS才会开始下降，开通损耗为W=V_DS·I_D·t/2，其中t为I_D开始上升到V_DS下降完毕所用时间；
关断损耗：
同理可得关断损耗为W=V_DS·I_D·t/2，其中t为V_DS开始上升到I_D下降完毕所需时间。

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