 4、结电容 因为是半导体，就有PN结，有PN结，就有结电容。当然根据我们刚刚的方法，先不管微观模型。我们先从宏观上看一下结电容等效到MOSFET三个电极之间的等效电容。  尽管结电容的容量非常小,对电路稳定性的影响却是不容忽视的，处理不当往往会引起高频自激振荡。更为不利的是,栅控器件的驱动本来只需要一个控制电压而不需要控制功率,但是工作频率比较高的时候,结电容的存在会消耗可观的驱动功率，频率越高,消耗的功率越大。 这也就是我们通常认为，MOSFET的GS两极之间是一个高阻值的电阻，但是在设计开关电源的时候，我们通常需要加粗Gate极的PCB走线。保障在开关的过程中，驱动MOSFET的瞬间电流比较大，有足够的通流能力。这正是因为极间等效电容的存在。 因为寄生电容的存在，所以MOSFET作为一个开关管工作的时候，在打开的过程并非“一帆风顺”。 为了能够观察到一些瞬态现象，我们用Saber软件搭建了一个仿真电路。  我们让驱动信号是一个基本理想的脉冲信号：  在仿真软件中，我们把这个脉冲信号源设置为高电平为8V，上升时间0.1ms，下降时间0.1ms，为了便于观察，我们把脉冲宽度设置为3ms，周期为20ms。从时域上可以看到，基本是一个理想的方波形状。 为了加大MOSFET寄生电容对打开过程的影响，我们在理想的MOSFET模型的三个极之间，增加了三个电容，容值我们选择的比较大，为了在波形上更明显的体现出其特性。特别是Cgd的选值比较大，这样Vgs的特性从时域上观察更加明显，就是上升的过程中有个台阶。  我们可以把MOSFET从关闭到完全导通可以分为几个阶段分别分析。 第一个阶段（t1），在Vgs还没到来之前的阶段，此时MOSFET可以看完全没有打开，电路本质就是一个RC充放电电路。  这个阶段Id还等于0，也就是说MOSFET一点也没打开，处于截止状态。Vgs的上升曲线就是一个RC充放电的上升曲线。 第二个阶段（t2），MOSFET开始“松动”了。也就是Id开始增加，大于0，Id（D极电流）开始线性增加，按照一个压控电流源的形式，按照一定的斜率线性增加。第二个阶段Vgs正常上升，Id的增加对他没有大的影响。Id的增加由MOSFET的一个放大区的特性决定的，就是这个压控电流源的跨导。MOSFET这个阶段漏极电流开始流过，Vds仍然保持Vdd。 此上升斜坡持续直至t2阶段的结束时刻，电流iD达到饱和或达到负载最大电流，故VGS的上升到达平台Va随Id（一般为负载最大电流）不同而不同。在此期间漏源极之间依然承受近乎全部电压Vdd。  第三阶段（t3），t3时期MOSFET工作于饱和区，Vgs被限制于一固定值（MOSFET传输特性）。故在此期间Cgs不再消耗电荷，驱动电流转而流向Cgd并给其充电。Vds由高压变成几乎0V，这个过程Cgd的两端极性反转，所以Ig给Cgd充电所需要的电荷比较大。在此区间由于Vds变化很大，虽然相对于Cgs而言Cgd很小，但Ig在Crss上消耗的电荷却是一个不可忽略的数量。随着Vds下降，MOSFET逐渐进入于可变电阻区。开关控制的电压越大，则Vds的电压越大，t2-t3时期（既Va平台持续时间）越长。  第四阶段（t4）在Ig的继续充电下，Vgs又进入线性上升阶段。这时候漏极电压下降至Vds=Id× Rds(on)，此时MOSFET的工作状态进入了电阻区，栅极电压不再受漏极电流影响自由上升。Vgs平台的结束及第二次上升斜坡的开始表明器件在此时已完全开通。t4时栅极电压等于驱动电路提供的电压。  |
