MOS管等效模型及高頻小信號等效電路解析-KIA MOS管

MOS管等效模型

MOS管相比于三極管，開關(guān)速度快，導(dǎo)通電壓低，電壓驅(qū)動(dòng)簡單，所以越來越受工程師的喜歡，然而，若不當(dāng)設(shè)計(jì)，哪怕是小功率MOS管，也會導(dǎo)致芯片燒壞，原本想著更簡單的，最后變得更加復(fù)雜。本文作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一番，形成理論等效模型。

MOS管等效電路及應(yīng)用電路如下圖所示：

把MOS管的微觀模型疊加起來，就如下圖所示：

MOS管的輸入與輸出是相位相反，恰好180度，也就是等效于一個(gè)反相器，也可以理解為一個(gè)反相工作的運(yùn)放；

如下圖：

有了以上模型，就好辦了，尤其從運(yùn)放這張圖中，可以一眼看出，這就是一個(gè)反相積分電路，當(dāng)輸入電阻較大時(shí)，開關(guān)速度比較緩慢，Cgd這顆積分電容影響不明顯，但是當(dāng)開關(guān)速度比較高，而且VDD供電電壓比較高，比如310V下，通過Cgd的電流比較大，強(qiáng)的積分很容易引起振蕩，這個(gè)振蕩叫米勒振蕩。

所以Cgd也叫米勒電容，而在MOS管開關(guān)導(dǎo)通或者關(guān)斷的那段時(shí)間，也就是積分那段時(shí)間，叫米勒平臺，如下圖圓圈中的那部分為米勒平臺，右邊的是振蕩嚴(yán)重的米勒振蕩：

因?yàn)镸OS管的反饋引入了電容，當(dāng)這個(gè)電容足夠大，并且前段信號變化快，后端供電電壓高，三者結(jié)合起來，就會引起積分過充振蕩，這個(gè)等價(jià)于溫控的PID中的I模型；

要想解決解決這個(gè)米勒振蕩，在頻率和電壓不變的情況下，一般可以提高M(jìn)OS管的驅(qū)動(dòng)電阻，減緩開關(guān)的邊沿速度，其次比較有效的方式是增加Cgs電容。在條件允許的情況下，可以在Cds之間并上低內(nèi)阻抗沖擊的小電容，或者用RC電路來做吸收電路。

下圖是常用的三顆大功率MOS管的電容值：LCR電橋直接測量

從圖上可以看出，Inifineon6代MOS管和APT7代MOS管性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如碳化硅性能，它的各個(gè)指標(biāo)都很小，當(dāng)米勒振蕩通過其他手段無法降低時(shí)，可以考慮更換更小的米勒電容MOS管，尤其需要重視Cgd要盡可能的小于Cgs。

MOS管高頻小信號等效電路

在高頻應(yīng)用時(shí)，MOS管的分布電容就不能疏忽，即在考慮高頻溝通小信號作業(yè)時(shí)有必要考慮MOS管的分布電容對電路功能的影響，所以MOS管的高頻小信號等效電路能夠在其低頻小信號等效電路的基礎(chǔ)上參加MOS管的極間電容完成，如圖所示。

因?yàn)樵诓煌鳂I(yè)狀況（截止、飽滿、線性）時(shí)MOS管的分布電容值不同，因而若進(jìn)行詳細(xì)的核算比較困難，但能夠經(jīng)過軟件模仿進(jìn)行剖析。另外，在高頻電路中有必要注意其作業(yè)頻率受MOS管的最高作業(yè)頻率的約束（即電路的工作頻率，如高于MOS管的最高作業(yè)頻率時(shí)，電路不能正常工作）。

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