上一篇我們已經簡單介紹了MOSFET的驅動，本篇再進一步的介紹MOSFET 的驅動充電曲線，介紹如下。 在 MOSFET 導通時，電流流向了柵極，為柵極(G)-源極(S)和柵極(G)-漏極(D)電容充電。圖一為柵極電荷的測試電路。 圖一:  圖一:『Gate charge test circuit』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note。 圖二顯示了在柵極端子上施加恆定電流時獲得的柵極 (G)- 源極(S)電壓隨時間變化的曲線.由於柵極電流是恆定的，時間軸可以用柵極電荷 Qg 表示,方法是將時間乘以恆定柵極電流 IG。 柵極電荷計算公式為 Qg = IG×t 圖二:  圖二:『Gate charge waveform』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note。 當VGS加電壓時，MOSFET 的柵極(G)開始積累電荷，圖三 顯示了柵極充電電路和柵極充電波形，當 MOSFET 連接到電感負載時，它會影響與 MOSFET 並聯的二極管的反向恢復電流以及 MOSFET柵極電壓，以下計算分析都會將MOSFET內部的雜散二極體省略視為理想狀態。 1. 在 t0 - t1 : 柵極驅動電路通過柵極串聯電阻R (Rg) 對柵極-源極電容Cgs和柵極-漏極電容Cgd充電，直到柵極電壓達到其閾值Vth。由於Cgs和Cgd並聯充電，因此滿足以下等式。柵極電壓 VGS 計算如下： VGS(t)= VG(1-exp(-t/(R(Cgs+Cgd ))).........(1) 因此，用 Vth 代替 VGS(t1)，可得到柵極延遲時間 t1 為： t1=R(Cgs+Cgd)ln(VG /(VG-Vth)) 這表明延遲時間 t1 與 R(Cgs+Cgd) 成正比。 2.在 t1 - t2: VGS超過Vth，使漏極 (D) 中流過電流，最終成為主電流(IDS)，Cgs和Cg在此期間繼續充電。隨著柵極電壓的增加，漏極電流增加，在 t2 時，柵極電壓達到米勒電壓 VGS(pl)，t2 可以通過用 VGS(p1)，代替等式 (1) 中的 VGS(t2) 來計算。 如同在時段t0 - t1中，延遲時間t2與R(Cgs+Cgd)成比例。 t2=R(Cgs+Cgd)ln(VG /(VG-VGS(pl))) t2-t1=R(Cgs+Cgd)ln((VG-Vth) /(VG-VGS(pl))) 由於漏極電流在此期間流動,因此 MOSFET 會遭受功率損耗。 ③ 在 t2 - t3: VGS 保持在 VGS(pl) 電壓不變（由於米勒效應)，柵極電壓保持不變。 隨著整個主柵極電流持續流過 MOSFET，漏極電壓在 t3 達到其導通電壓 (RDS(on)×ID)，由於在此期間柵極電壓保持恆定，因此驅動電流流向 Cgd，而不是 Cgs.在此期間 Cgd (Qgd) 中累積的電荷等於流向柵極電路的電流與電壓下降時間 (t3–t2) 的乘積： Qgd=(VG-VGS(pl))/R・(t3-t2) 因此，t3-t2=QgdRG/(VG-VGS(pl)) 由於在此期間漏極電壓不斷降低，而漏極電流保持恆定，因此 MOSFET 會出現功率損耗。 4. 在 t3 - t4: 柵極充電至過飽和狀態，Cgs 和 Cgd 都被充電，直到柵極電壓 (VGS) 達到柵極電源電壓。由於導通瞬態已經消失，因此 MOSFET 在此期間沒有開關損耗。 圖三:  圖三:『Gate charge circuit and waveform』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note。 以上就是MOSFET VGS電壓在充電期間的公式分析，提供給客戶參考，下一篇則會在介紹 驅動時產生的Power loss作分析。 |
