图3:AOT460的开通轨迹
(1)截止区
开通前MOSFET起始工作点位于图3的右下角A点以下,AOT460的VDD电压为48V,VGS的电压逐渐升高,ID电流为0,VGS的电压从0上升到VTH,ID电流从0开始逐渐增大。
(2)动态恒流区(线性区)
动态恒流区(线性区)就是图中的A-B,也就是VGS电压从VTH增加到米勒平台电压VGS(pl)的区间,从这个过程可以非常直观的发现:MOSFET工作在恒流区,因为VGS的电压在变化,这个过程是一个动态恒流的过程,也就是VGS电压和ID电流自动找平衡的动态过程。VGS电压的变化伴随着ID电流相应的变化,其变化关系就是MOSFET的跨导gfs:
gfs = DID / DVGS
跨导gfs可以在MOSFET数据表中查到。
在这个过程中,VDS电压保持不变(A-B垂直横轴),VGD的电压为VGS-VDS,为负压,就是D的电压高于G。当ID电流达到负载的最大允许电流ID(max)时,也就是图3中的B点,MOSFET进入下一个工作区:米勒平台区。
(3)米勒平台区
从B点开始,VDS开始下降,VGD负电压绝对值也开始下降,只要D极电压开始变化,就会产生非常大的dv/dt,通过电容Crss,产生的电流为:
iCrss = Crss×dv/dt
这个电流足够大,可以将驱动电路能够提供的电流都抽取过去,驱动电路的电流几乎全部流过Crss(CGD),以扫除Crss电容(米勒电容)存储的电荷,这样CGD电容几乎没有电流流过,栅极电压也就基本维持不变,可以看到VGS在一段时间B-C内维持一个平台电压,,这就是米勒平台区。
在这个工作区,栅级对应的米勒平台电压,由系统的最大电流ID(max)和MOSFET的VTH、跨导来决定,满足上面的公式。
随着VDS电压不断的降低,VGD的电压绝对值也不断的降低,在B-C的中间某一时刻,VGD的电压由负变为0,然后开始正向增加。当VDS电压降低到最低值时,米勒电容的电荷基本上被全部扫除,即图3中的C点,VDS的电压不再变化,而且Crss电压也正向增加到米勒平台电压。
从图3可以看到,在米勒平台区,VGS电压不是绝对的保持不变,而是应该有非常小、非常小的上升幅度,这样的幅度可以忽略,因此基本上认定其电压保持不变,MOSFET在一段稳定的时间内,处于相对稳定的恒流区,工作于放大状态。即
(4)可变电阻区
图3中C-D区为可变电阻区,此时CGS、CGD电压相等都为米勒平台电压,VDS电压不再变化,即:D极电压基本上保持恒定不变,那么CGD就不再有dv/dt产生的抽取电流,因此驱动电路又开始同时对CGS+CGD充电,VGS电压从米勒平台电压开始增加,直到达到驱动电压的最大值。这个过程中,MOSFET导通压降稍有降低,降低到最小值,基本上变化不大,导通压降为ID的电流和导通电阻的乘积,这也是完全导通区。
基于MOSFET的漏极导通特性曲线可以直观的理解MOSFET开通时,跨越关断区、恒流区(放大区)和可变电阻区的过程。恒流区有动态恒流区、一段稳定时间的米勒平台恒流区,此时MOSFET均工作于放大状态,这也可以理解:MOSFET在开关过程中,跨越恒流区(放大区),是MOSFET产生开关损耗的直接原因。
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