【技术】米勒效应对MOSFET的危害
对于MOSFET,米勒效应(Miller Effect)指其输入输出之间的分布电容(栅漏电容)在反相放大作用下,使得等效输入电容值放大的效应。由于米勒效应,MOSFET栅极驱动过程中,会形成平台电压,引起开关时间变长,开关损耗增加,给MOS管的正常工作带来非常不利的影响。本文辰达行将介绍米勒效应对MOSFET的危害。
理解米勒效应
可以看成是一个电容的负反馈。在驱动前,Crss上是高电压,当驱动波形上升到阈值电压时,MOS管导通,d极电压急剧下降,通过Crss拉低g脚驱动电压,如果驱动功率不足,将在驱动波形的上升沿阈值电压附近留下一个阶梯,如下图。
有时甚至会有一个下降尖峰趋势平台,而这个平台增加了MOS管的导通时间,造成了我们通常所说的导通损耗。
MOSFET结构及寄生电容的分布
MOSFET结构
图1是垂直型MOSFET的结构,它是一个由P区域和N+的源区组成的双扩散结构。漏极(drain)和源极(source)分别放在晶圆的两面,这样的结构适合制造大功率器件。因为可以通过增加外延层(epitaxial layer)的长度,来增加漏源极之间的电流等级,提高器件的击穿电压能力。另外从图中,还可以清晰看出MOSFET的寄生体二极管。
寄生电容
MOSFET的寄生电容主要包括栅源电容(Cgs)、栅漏电容(Cgd)以及漏源电容(Cds)。从图2中左图看到,Cds是由漏极和源极之间的结电容形成,Cgd栅极和漏极间的耦合电容。Cgs则较为复杂,由栅极和源极金属电极之间的电容Co、栅极和N+源极扩散区的电容CN+,以及栅极和扩散区P区的电容Cp组成。
一般器件的手册中,都会以下列形式给出MOSFET的寄生电容,
输入电容:Ciss=Cgd+Cgs
输出电容:Coss=Cgd+Cds
反向传输电容:Crss=Cgd
MOSFET的开通过程
①t0—t1阶段
这个过程中,驱动电流ig为Cgs充电,Vgs上升,Vds和Id保持不变。一直到t1时刻,Vgs上升到阈值开启电压Vg(th)。在t1时刻以前,MOS处于截止区。
②t1—t2阶段
t1时刻,MOS管就要开始导通了,也就标志着Id要开始上升了。这个时间段内驱动电流仍然是为Cgs充电,Id逐渐上升,在上升的过程中Vds会稍微有一些下降,这是因为下降的di/dt在杂散电感上面形成一些压降。
从t1时刻开始,MOS进入了饱和区。在饱和有转移特性:Id=Vgs*Gm。其中Gm是跨导,只要Id不变Vgs就不变。Id在上升到最大值以后,而此时又处于饱和区,所以Vgs就会维持不变。
③t2—t3阶段
从t2时刻开始,进入米勒平台时期,米勒平台就是Vgs在一段时间几乎维持不动的一个平台。此时漏电流Id最大。且Vgs的驱动电流转移给Cgd充电,Vgs出现了米勒平台,Vgs电压维持不变,然后Vds就开始下降了。
④t3~t4阶段
当米勒电容Cgd充满电时,Vgs电压继续上升,直至MOS管完全导通。
以上是MOS管开通的四个过程。
所以在米勒平台,是Cgd充电的过程,这时候Vgs变化很小,当Cgd和Cgs处在同等水平时,Vgs才开始继续上升。
米勒效应对MOSFET开关过程的影响
下面以图4中电机控制电路来说明米勒效应对MOSFET开通关断过程的影响。在图10控制电路中,上管导通时,VDD通过Q1、Q4对电机进行励磁;上管关断时,电机通过Q4、Q3进行去磁。在整个工作过程中,Q4一直保持开通,Q1,Q2交替开通来对电机转子进行励磁和去磁。
图5,图6是上下管开通关断时驱动电压测试波形。可以清楚的看到,在上管开通和关断时,下管栅极上会产生一个尖峰,尖峰的电压增加了上下管同时导通的风险,严重时会造成非常大的电流同时流过上下管,损坏器件。
下管开通关断出现的这种波形是由漏栅电容导致的寄生开通现象。在下管关断后,上管米勒平台结束时,桥臂中点电压由0升到VDD,MOSFET的源极和漏极之间产生陡峭的的dV/dt。由此在漏栅电容产生的电流会流到栅极,经栅极电阻到地,这样就会在栅极电阻上产生的电压降。这种情况,就会可能发生上下管同时导通,损坏器件。
下管的这个Vgs尖峰电压(也有公司称之为Vgs bouncing)可以表达为:
Rgoff驱动关断电阻,Rg,ls(int)为MOSFET栅极固有电阻,Rdrv为驱动IC的电阻。从公式(1)可以看到,该电压与Rgtot和Cgd呈正向相关。
所以解决这个问题有两类方法:
1.减小Rgtot。由公式(2)知道,Rg,ls(int)由器件本身决定,Rdrv由驱动IC决定,所以一般是选择合适的Rg来平衡该Vgs bouncing电压。
2.选择Crss/Ciss(即Cgd/Cgs)低的MOSFET有助于降低Vgs尖峰电压值。或者在MOSFET栅源之间并上一个电容,也会吸收dV/dt产生的漏删电流。图7是在下管的GS两端并联5.5nF电容后的开关波形,可以看到电压明显降低,由图5中的3.1V降低到1.7V,大大降低了上下管贯通的风险。
同理,上管关断至米勒平台结束时,下管开通前,桥臂中点电压由VDD降为0,MOSFET的源极和漏极之间产生陡峭的的dV/dt。由此就会在栅极上面产生一个负压。
同时,由图5,图6,可以观察到,下管开通关断过程中,都没有出现米勒平台现象。这是因为在其开通关断时,由于Motor中的电流经过下管的体二极管续流,DS两端电压很小,所以米勒平台也就形成不了了。
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型号- EABS8,1A1,1A2,EABS6,1A3,1A4,1A5,1A6,SMAJ6.0CA,1A7,SMAJ40CA,EABS4,S2MW,EABS2,SMF10CA,SD15,SD12,SMDJ78CA,MBRF10U65CT,SD05,SD03,SMCJ14CA,S2MF,SB15100L,SMCJ100CA,R4000,SMBJ300A,MBRD1010T,5KP30A,SMBJ150CA,SMF120CA,BZT52C8V2,SR140L,SMDJ170A,SMAJ70A,FR601,KBJ25005,FR602,FR603,FR604,FR605,FR606,MBRF40U60CT,FR607,SMDJ58A,SD24,SA48CA,SMCJ30A,UG6KB60,1SMA5930A,ST540L,SL52BF,1SMA4731A,ST1045,1F1,1F2,SR180,1F3,1SMAF4749A,1F4,1F5,1F6,SA22CA,ST1060,1F7,1SMA5931A,P6KE8.2CA,SMAJ100A,ESD5Z12V,P4KE180A,1SMA4730A,SA110CA,SS210F,UG6KB80,SMDJ54A,RB520S30,SMDJ160CA,SF560T,SMBJ400CA,SMF36CA,1SMA4733A,1H1,1H2,1H3,1SMAF4747A,1H4,P4KE22CA,1H5,1H6,SR580L,1H7,1H8,SMCJ220CA,KBPC25005,1SMA4732A,1.5KE51A,1SMAF4748A,UG2KB05,KBL601,KBL602,KBL604,KBL606,KBL608,1.5KE36CA,SA70CA,KBJ2010,5KP36A,1SS400,1SMA4735A,1SMAF4745A,SMAJ18CA,SA17CA,KBL610,1.5KE170CA,MBR20100CT,R1800,KBJ2008,KBJ2004,5KP90CA,KBJ2006,SMDJ51A,KBJ2002,1SMA5935A,KBJ2001,SS2150,1SMA4734A,1SMAF4746A,SB10200L,AB110S,MMBZ12VAL,SR3200,1SMA5932A,BAS70-06,1.5KE56A,BAS70-04,BAS70-05,US2B,US2A,US2K,US2J,US2G,US2D,SA5.0CA,1SMA4737A,1SMAF4743A,RS2AF,RMB2F,US2M,5KP24CA,BZT52C3V9S,MBR1060FCT,SMBJ90A,US1B,SMF64A,US1A,SMBJ12CA,1SMA5933A,US1J,US1G,ST10100,US1D,MBR10200FCT,1SMA4736A,1SMAF4744A,US1M,US1K,SD101BWS,SMBJ5.0A,1SMAF4741A,1SMA5938A,ST3100L,UG2KB40,ST36BF,SMBJ5337A,1SMA4739A,SR320L,1SMAF4742A,P6KE180CA,US3D,US3B,1SMA5939A,US3A,BZT52C3V3S,US3K,US3J,SMBJ5338A,US3G,US3M,1SMA4738A,UG2KB20,P4KE400A,BZT52C3V6S,KBL6005,1SMA5936A,SMBJ5339A,SL34BF,1.5KE10CA,SM15,SM12,SMF60A,1SMAF4740A,1SMA5937A,US5D,UG2KB10,US5B,US5A,P6KE27CA,MBR10150FCT,US5M,SS5200,5KP33A,US5K,US5J,US5G,SM05,SM03,5KP11CA,P4KE6.8CA,SS3200F,SS510,SMBJ5344A,RMB8F,UG2KB80,ESD3Z3V3BU,RS2GF,RL201G,KBU81Q,SD15C,SMF70A,RMB6S,P4KE20A,SMBJ5345A,SMBJ5346A,SMAJ48CA,SMBJ43CA,SM24,ESD5Z3.3C,S3AF,SMCJ7.5A,SMAJ400A,2SD1664,1SMA5928A,UG2KB60,SA90A,SS52F,SMBJ5347A,1N4001G,SMBJ18A,R5000F,KBU802,KBU804,SS510F,KBU801,RL203G,10A8,10A6,SMAJ300CA,KBU806,RMB8S,10A4,SR3150,P6KE220CA,SA40CA,KBU808,10A2,RS2GW,1SMA5929A,D882,1N4002G,SMBJ5348A,10A1,KBU810,RL202G,SMBJ5340A,RS2BW,P6KE100CA,SMBJ16A,1N4003G,SMBJ30CA,5KP28A,RL205G,RMB4F,S3BF,SR5100L,SMF110A,MBRF20U100CT,SMBJ5341A,RS2AW,SMAJ180A,P4KE100A,RMB2S,1N4004G,SMBJ17A,SMF85CA,RL204G,SMBJ120CA,RS2BF,RB156,RB157,RB154,RB155,5KP8.0A,SMBJ5342A,RS2DW,RMB6F,SMBJ14A,SB0545L,SMDJ16CA,1N4005G,R2500F,SS5150,RL207G,SMBJ130A,SD12C,RMB4S,S3DF,SB1080L,KBP3005,GBJ8005,5KP120CA,SMBJ5343A,SA100A,SMBJ15A,1N4006G,SMAJ170CA,RS2DF,SF2060CT,RL206G,RB152,RB153,RB151,RMB10S,RMB10F,SMBJ12A,KBPC2502W,ESD5B3CM,SMAJ6.0A,P6KE62CA,1N4007G,SR260,SS58F,MMBTA56,MMBTA44,SA7.5CA,SMCJ7.0A,SMDJ51CA,SMBJ13A,KBPC2501W,KMB14F,ES5BBF,S3GF,SR250,P6KE75A,GBU35005,MBRD1015T,ESD5Z15V,SMCJ150A,MM1W330,SA6.0A,S3JF,SB10150L,5KP8.5A,KBPC2504W,SR280,SMAJ78A,5KP120A,UF4007,UF4005,UF4006,SMBJ10A,UF4003,UF4004,UF4001,SMBJ11A,UF4002,P4KE27A,ST310BF,SMAJ22CA,SMCJ6.5CA,TB310S,SMAJ75A,SMCJ36A,MMBTA94,RS2KF,SR220,KMB18F,MBRF10U150CT,SF5150T,SMF54CA,1N4448W,RS2KW,1.5KE100A,KBPC2506W,SS54F,B5817WS,SMCJ45CA,SB20100L,US5GBF,BZT52C7V5,RS2JF,P6KE75CA,P4KE24A,SS53F,RS2JW,S3KF,SMAJ6.5A,SMBJ440A,RS2MF,SMCJ58CA,GBJ810,SMDJ7.5CA,GBU810,1.5KE18CA,RS2MW,GBU802,GBU804,5KP60CA,GBU806,GBU808,KBPC2508W,SR240,SMCJ33A,SS56F,MBR10150CT,GBJ804,GBJ801,GBJ802,P4KE22A,GBU801,KMB16F,ST360L,P4KE6.8A,GBJ808,SA6.5A,SS55F,S3MF,SA36CA,GS1G,MBR3060CT,1SMB5947A,GS1J,MBRD1020T,GS1K,S0DDB3,GS1M,SMDJ20CA,SMF6.0A,SD103AX,SD103AW,RS1G,RS1D,FR204G,RS1B,A04459,RS1A,RS1M,RS1J,RS1K,SMDJ160A,1SMB5948A,SMAJ60A,FR205G,SMDJ48A,SMF22CA,SMCJ7.0CA,GS1B,GS1A,GS1D,SMCJ20A,P4KE36CA,1SMB5949A,P6KE200A,MBR3045FCT,RS3A,SMBJ85A,RS3G,RS3D,P4KE120CA,FR206G,RS3B,1SMA4741A,RS3M,RS3J,RS3K,MBRF30U45CT,BAV19WS,BZT52C6V8S,KBPC3510W,SF502ET,SMDJ33CA,SMDJ45A,MMBZ15VAL,RS2G,1SMA4740A,SL0580,FR207G,RS2D,RS2A,RS2B,SD103AWT,SD103AWS,SF502ED,RS2M,SF10100T,RS2K,SMCJ13CA,RS2J,1SMA5942A,RS5B,RS5A,SMDJ64CA,5KP180CA,RS5J,RS5K,RS5G,1SMA4743A,RS5D,SS38F,1.5KE62A,RS5M,SS3150F,MSB30M,SMCJ26CA,1SMA5943A,MSB30J,SA75A,MSB30K,SMDJ43A,BZT52C6V2S,MM1W300,1SMA4742A,MSB30G,MSB30D,1.5KE250A,SL0560,SD103CW,1SMA5940A,SA78A,RB500V40,SMAJ85CA,1.5KE8.2A,SB1580L,SL20200,GBJ35005,SMBJ90CA,1SMA4745A,1SMAF4759A,1SMA5941A,SMAJ110A,ESD0501BL,SMF6.0CA,SS2200,SD103BW,SMF48CA,1SMA4744A,SL0545,P4KE10CA,KBU8005,AB120S,P4KE18CA,1N4933G,1.5KE350CA,SMDJ40A,1SMA5946A,SM24C,5KP24A,1SMA4747A,1SMAF4757A,SB05200L,RS5ABF,1.5KE24CA,SMF78A,SMDJ110CA,1SMA5947A,1N4001,1SMA4746A,1N4002,1N4003,SD101CWS,1SMAF4758A,1N4004,1N4005,SF5200T,1N4006,1N4007,1N4935G,1.5KE68A,SMBJ24CA,1SMA5944A,5KP26A,1SMAF4755A,SA18CA,1SMA4749A,1N4934G,1SMA5945A,ESD0501OC,1SMA4748A,1SMAF4756A,BAS316,S8550,1N4937G,MBR30100CT,BSS123,1SMAF4753A,SMF75A,SF306ET,1.5KE11CA,GBJ5002,GBJ5004,GBJ5001,P6KE15CA,SMCJ440A,GBJ5006,GBU8005,GBJ5008,SF306ED,5KP20A,1N4936G,BSS138,1.5KE68CA,SMBJ11CA,SMDJ5.0CA,SL22BF,ESD3Z5V0BU,1SMAF4754A,SB0560L,5KP12CA,SR2100L,P4KE91A,1SMAF4751A,1SMA5948A,SMF17CA,SF1040CT,5KP22A,SMF70CA,5KP5.0A,DSF1A,ESD5Z7V0,1SMAF4752A,DSF1G,1SMA5949A,DSF1C,GBJ5010,DSF1B,DSF1E,DSF1D,1N5391,1N5393,DSF1J,1N5
【选型】辰达行(Microdiode)ESD防护器件/二极管/MOSFET/晶体管/整流桥选型指南(简版)
目录- ESD静电管/MOSFET分立器件/分立器件晶体管 普通整流管/快恢复整流管/高效率整流管/超快速整流管 肖特基势垒整流管/瞬态电压抑制器/稳压管/整流桥 工厂设备&产品应用
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关于如何解决MOS常见问题的方案参考
现代半导体电子设计中,MOSFET(场效应晶体管)因其高效、快速开关特性以及低功耗特性,被广泛应用于各种电源管理、电动机驱动、信号放大等领域。然而,在实际应用中,MOSFET的性能可能会受到多种因素的影响,导致各种常见问题出现,影响电路的稳定性和可靠性。本文辰达行给大家介绍一些常见的MOS问题的解决方案参考。
4种常见栅极驱动电路,MOS管应用于开关电源的关键
MOS管因为其导通内阻低,开关速度快,因此被广泛应用在开关电源上。而用好一个MOS管,选择MOS管,其次驱动电路的设计就很关键。本文分享几种常用的驱动电路。
MOS的优势有哪些?
MOS广泛应用于各种电子元件和集成电路中,如微处理器、存储器、模拟电路等。MOS技术的优越性在于其高效能、低功耗和高集成度,使其成为电子产品设计中的首选。本文中辰达行为大家详细介绍MOS的七种优势:高集成度、低功耗、高速度、制造工艺成熟、设计灵活性、可靠性和耐久性以及低噪声。
【选型】辰达行解析MOSFET在BMS的应用案例及选型
电池管理系统是一种能够对电池进行监控和管理的电子装备,是电池与用户之间的纽带。通过对电压、电流、温度以及SOC等数据采集,计算进而控制电池的充放电过程,主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电。
辰达行携整流器件、小信号器件、保护器件、MOSFET和SiC器件亮相elexcon2024深圳国际电子展
8月27日至29日,elexcon2024深圳国际电子展在深圳会展中心(福田)隆重开幕。此次展会中,MDD辰达半导体精彩亮相,展示了其最新系列产品及针对工业控制、汽车电子、智能家电等领域的应用方案。
MDD辰达半导体低压MOS在无人机上的应用,为无人机的性能提升、功能拓展和安全保障提供强大支持
MDD辰达半导体采用优化的沟槽屏蔽栅设计及工艺制造技术,全面提升了器件的开关特性和导通特性,同时降低了器件的特征导通电阻Rsp和栅极电荷Qg。SGT系列MOSFET产品涵盖30V~150V,如 MDD3400、MDD3402 、MDD30N10D、MDDG10R08G、MDD50N06D可广泛应用于电机驱动,同步整流等领域中。
辰达行推出NMOS管MDD90N03D,具有热性强、高负载电流能力等特点,有效提高系统效率
辰达行半导体生产的一款MDD90N03D是采用N沟道制作的MOS管,产品具有很强的电性参数的性能,其能承受的最大漏源电压30V,栅源电压±20V,连续漏极电流90A,漏源导通电阻0.0056欧姆,最小栅极阈值电压1.2V,最大栅极阈值电压2.5V,耗散功率95mW,重量约0.016克,非常轻巧。它的导通电阻非常低、开关速度快、耐电流能力强,非常适合于LED驱动电路、稳压电路、开关电路等。
MDDG10R08G 100V N沟道增强型MOSFET(PDFN5*6)
描述- 该资料详细介绍了MDDG10R08G这款100V N-Channel Enhancement Mode MOSFET的电气特性、应用领域和封装尺寸。资料涵盖了产品的关键参数,如漏源电压、漏源电流、导通电阻、栅极电荷等,并提供了电气特性图和测试电路图。
型号- MDDG10R08G
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服务
可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告,静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A;动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等,具备可靠性评估及老化实验能力。
实验室地址: 西安 提交需求>
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