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2022-03-17 200

NMOSスイッチング回路です。ステップ信号 VG1 は、DC レベル 2V、方形波 (振幅 2V、周波数 50Hz)、T2 のターンオン電圧 2V を設定するため、MOS トランジスタ T2 は周期 T = 20 ms でオン状態とオフ状態の間で切り替わります。。

まず、Vgs と Vds の波形をシミュレートすると、Vgs=2V のときに小さなプラットフォームがあることがわかります。なぜVgsが上昇するときにプラットフォームが小さいのか疑問に思う人もいるでしょう。

Mosvgs 小型プラットフォーム

この疑問を念頭に置いて、抵抗 R1 を 5K から 1K に変更して再度シミュレーションしてみたところ、このプラットフォームは非常に小さくなり、ほとんどなくなっていることがわかりました。なぜ？

MOS Vgs 小型プラットフォームが改良されました。

この現象を理解するには、理論的な知識のサポートが必要です。

MOS管の相当モデル

通常私たちが目にするMOS管の図は左側で、右側の図はMOS管の等価モデルと呼ばれます。

このうちCgsはGS寄生容量、CgdはGD寄生容量と呼ばれ、入力容量Ciss=Cgs+Cgd、出力容量Coss=Cgd+Cds、逆伝送容量Crss=Cgd、ミラー容量とも呼ばれます。MOS 管の入出力容量の概念がわからない場合は、次をクリックしてください。MOS 管のパラメータ「熱抵抗、入出力容量、スイッチング時間」が表示されます。ミラー効果の主な原因はミラー容量です。ミラー効果とは、入出力間の分布容量 Cgd が逆増幅作用を起こして増幅され、等価入力容量値が大きくなる効果のことです。ミラー効果はミラープラットフォームを形成します。

まず知っておくべきことは、MOS管の製造工程では必ずCgdが発生するため、つまりミラーコンデンサが必ず存在するため、ミラー効果は避けられないということです。
ミラー効果のデメリットは何ですか？

MOSトランジスタのオンはゼロからのプロセスです。 MOS トランジスタの D 極と S 極の重なり時間が長いほど、MOS トランジスタの導通損失は大きくなります。ミラーコンデンサとミラープラットフォームのせいで、MOS管のターンオン時間は長くなり、MOS管の伝導損失は必然的に増加します。

シミュレーションで G ポールの抵抗 R1 を下げたところ、ミラープラットフォームが改善されたことがわかりました。私たちは皆、その理由を知っているはずです。

MOS トランジスタのターンオンは、ゲート抵抗 R1 を介した入力電圧による寄生容量 Cgs の充電プロセスとして見ることができます。 R1 が小さいほど、Cgs の充電が速くなり、MOS トランジスタのターンオンが速くなります。これが、ゲート抵抗を低減し、ミラープラットフォームを改善する理由です。
では、ミラープラットフォームでは何が起こったのでしょうか?
NMOS トランジスタの場合、MOS トランジスタがオンになる前は、D 極の電圧が G 極の電圧よりも高くなります。入力電圧が増加すると、Vgs が増加します。MOS トランジスタが完全にオンしたとき、G 極の電圧が D 極の電圧よりも高くなるため、Cgd に蓄積された電荷を同時に入力電圧で中和する必要があります。オン。

したがって、Miller プラットフォームでは Cgd 充電のプロセスとなり、このときの Vgs の変化は非常に小さくなります。 Cgd と Cgs が同じレベルになると、Vgs は上昇し続けます。
次の右側の図でミラー効果を分析してみましょう。この回路図はどういう状況になっているのでしょうか？

MOSトランジスタのD極負荷は、インダクタとフリーホイールダイオードで構成され、DC-DC BUCKと同じモードで動作します。MOSトランジスタがオンになると、VDDがインダクタLを充電します。MOSトランジスタのターンオン時間は非常に短いため、インダクタは定電流源として近似できます。MOSトランジスタがオフになると、フリーホイールダイオードがインダクタLの放電経路となり、フリーホイール電流を形成します。MOS管の開口部は4段階に分けることができます。
t0~t1段階 t0 から、G 極がコンデンサ Cgs を充電します。 Vgsが0VからVgs(th)に上昇すると、MOSトランジスタはすべてオフ状態となり、Vdsは変化せず、Idはゼロとなります。
t1~t2段階
t1以降、VgsがMOSトランジスタのターンオン電圧Vgs(th)を超え、MOSトランジスタが導通を開始し、Id電流が増加します。この時の等価回路図を以下に示します。IDS電流がインダクタ電流に達しない場合、電流の一部はダイオードを流れ、ダイオードDFは依然として導通状態にあり、ダイオードの両端はクランプ状態にあります。このとき、Vds電圧はほとんど変化せず、わずかな降下（浮遊インダクタンスの影響）のみが見られます。

T2～t3段階
Vgs電圧の上昇に伴い、IDS電流がインダクタ電流と等しくなると、MOSチューブのD極電圧はダイオードDFによるクランプが解除され、DFは逆遮断状態となり、Vdsが低下し始めます。この時、G極の駆動電流はCgdに伝達されて充電され、Vgsにミラープラットフォームが現れます。Vgs電圧は変化せず、Vdsは徐々にオン電圧降下VFまで低下します。

T3 から T4 にかけて、ミラーコンデンサ Cgd が完全に充電されると、Vgs 電圧は MOS トランジスタが完全にオンになるまで上昇し続けます。
MOS管の出力曲線と合わせて、MOS管の通電過程をまとめます。
t0 から t1 まで、MOS チューブはカットオフゾーンにあります。 t1以降、VgsはMOSトランジスタのターンオン電圧を超えます。Vgsの増加に伴い、IDも増加します。IDがインダクタ電流と同じレベルまで上昇すると、フリーホイールダイオードは逆方向にターンオフします。t2～t3の間、Vgsはミラープラトーに入ります。このとき、D極の電圧はフリーホイールダイオードによってクランプされなくなり、MOSのピンチオフ領域は縮小します。t3以降、Vgsは上昇を続け、Vdsは徐々に減少し、MOSトランジスタが完全にターンオンします。

MOS管の出力曲線

免責事項：この記事は「8号線の街を襲うライオン」から転載したものです。この記事は著者の個人的な見解のみを表すものであり、Sacco Micro および業界の見解を表すものではありません。知的財産権の保護をサポートするため、転載および共有のみを目的としています。転載する場合は、出典と作者を明記してください。侵害がある場合は、削除するためにご連絡ください。

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