在电子电路设计领域,MOS 管是一种极为常用的电子元件,广泛应用于 DC - DC 转换、电平转换等诸多电路中。由于 MOS 管存在寄生参数,这些参数会对电路性能产生重要影响,因此深入学习 MOS 管的寄生参数显得尤为必要。

MOS 管的这三个电容参数分别对应不同极间电容,其定义和应用如下:

- 定义:Ciss = Cgs + Cgd(栅极 - 源极电容 + 栅极 - 漏极电容)。从物理结构上看,它是栅极与源极、栅极与漏极之间电容的总和。
- 作用:它反映了栅极驱动电路需要充 / 放电的总电荷量,直接影响 MOS 管的开关速度。当对 MOS 管进行开关操作时,需要通过驱动电路对输入电容进行充电或放电,这个过程的快慢决定了 MOS 管的开关速度。
- 应用影响:Ciss 越大,栅极驱动电流需求越高,开关延迟时间越长。这是因为较大的输入电容需要更多的电荷来完成充电或放电过程,从而导致开关动作的延迟。例如,在高频开关电路中,如果 Ciss 过大,可能会导致开关频率无法达到设计要求,影响电路的性能。
- 定义:Coss = Cds + Cgd(漏极 - 源极电容 + 栅极 - 漏极电容)。它表征了漏极 - 源极间的等效电容。
- 作用:影响关断时的电压上升率(dV/dt)。在 MOS 管关断过程中,输出电容会对电压的上升起到缓冲作用。
- 应用影响:Coss 越大,关断损耗越高(尤其在硬开关拓扑中),且可能引发电压振铃。在硬开关拓扑中,较大的输出电容在关断时会存储较多的能量,这些能量在开关过程中会以热量的形式消耗掉,导致关断损耗增加。同时,输出电容与电路中的电感等元件相互作用,可能会引发电压振铃现象,影响电路的稳定性。
- 定义:Crss = Cgd(栅极 - 漏极电容的米勒电容部分)。它体现了栅漏极间的耦合效应,是米勒效应(Miller Effect)的参数。
- 作用:当栅极电压发生变化时,通过反向转移电容会在漏极产生相应的电压变化,从而影响 MOS 管的开关特性。
- 应用影响:Crss 越大,米勒平台时间越长,可能导致开关波形振荡并增加驱动损耗。在 MOS 管的开关过程中,米勒平台是一个重要的阶段,较大的反向转移电容会使米勒平台时间延长,导致开关波形出现振荡,同时增加驱动电路的损耗。
测试条件解读(VGS = 0V, f = 1MHz, VDS = 5V):
- VGS = 0V:测量时 MOS 管处于关断状态,电容值由物理结构主导(而非沟道电荷)。在这种情况下,能够准确测量出 MOS 管本身物理结构所决定的电容值,排除了沟道电荷对电容测量的影响。
- 高频(1MHz):高频测试可忽略电荷存储效应,更贴近实际开关场景的容性表现。在实际的开关电路中,MOS 管通常工作在高频状态,采用高频测试能够更准确地反映 MOS 管在实际工作中的电容特性。
- 低 VDS 电压(5V):避免高电压下耗尽区变化对电容的非线性影响。在高电压下,MOS 管的耗尽区会发生变化,从而导致电容值呈现非线性特性。采用低电压测试可以避免这种非线性影响,得到更准确的电容测量值。