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VMOS的开通与关断(duan)

就(jiu)VMOS的(de)(de)开关(guan)而言，分(fen)(fen)布参(can)(can)数的(de)(de)主要要素是结(jie)电(dian)(dian)容，其(qi)他影响(xiang)要素还包(bao)括引线、端(duan)电(dian)(dian)极、PN结(jie)、管芯(xin)本(ben)(ben)体（基区）的(de)(de)等(deng)效分(fen)(fen)布电(dian)(dian)容和(he)分(fen)(fen)布电(dian)(dian)感，工(gong)作频率越(yue)高，上述“其(qi)他要素”的(de)(de)影响(xiang)就(jiu)越(yue)大。思索(suo)到(dao)栅极分(fen)(fen)布参(can)(can)数的(de)(de)VMOS的(de)(de)开关(guan)过程在本(ben)(ben)书第3章的(de)(de)3.3.4、3.3.5节曾(ceng)经做(zuo)了(le)一些说明。

思(si)索(suo)管(guan)子内部的(de)分(fen)布(bu)参数以后，VMOS的(de)开通与关断可以用图5.69所示的(de)电路(lu)(lu)来说明。图5. 69中(zhong)的(de)RH（上拉电阻(zu)(zu)）、RL（下拉电阻(zu)(zu)）和RG（外部电路(lu)(lu)的(de)栅(zha)极(ji)电阻(zu)(zu)）是为(wei)了(le)防(fang)止栅(zha)极(ji)振(zhen)荡而设的(de)，RG(in) 内部栅(zha)极(ji)的(de)等效电阻(zu)(zu)，在实(shi)际电路(lu)(lu)中(zhong)足看不(bu)到的(de)，Di为(wei)体二极(ji)管(guan)。

图(tu)(tu)5. 69电路的(de)(de)相(xiang)关波(bo)形如图(tu)(tu)5.70所示(shi)，其(qi)中的(de)(de)(a)与(yu)本(ben)书(shu)第3章中的(de)(de)“图(tu)(tu)3. 16”所示(shi)的(de)(de)栅(zha)电荷充放电波(bo)形图(tu)(tu)是(shi)非常(chang)相(xiang)似的(de)(de)。图(tu)(tu)中波(bo)形为了说明问题而特意作(zuo)了水平扩展，与(yu)输(shu)入(ru)的(de)(de)方波(bo)相(xiang)比较，栅(zha)极(ji)的(de)(de)理论(lun)波(bo)形变成了阶梯波(bo)。

在图5. 70(a)中，VMOS的开通被分红了四个阶段，以便于问题的说明。

第①阶段(duan)(duan)为(wei)栅极开通延迟阶段(duan)(duan)，栅极驱动信号主(zhu)要对Cgs充(chong)电，直至(zhi)栅极电压(ya)（相关于(yu)源(yuan)极）升高到(dao)VMOS的开启电压(ya)VGS（th），同时(shi)，Cgd也会被缓(huan)慢充(chong)电，其容量也会略有(you)减(jian)小。

第(di)②阶段(duan)为(wei)漏(lou)极(ji)(ji)开通(tong)延迟阶段(duan)。在(zai)输人侧(ce)，Cgs和(he)(he)Cgd被继续充(chong)电(dian)(dian)，栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)继续上升(sheng)，直至升(sheng)高到“Miller Plateau Ievel”(米勒平顶(ding)电(dian)(dian)压(ya))VGS（pD）。Cgs在(zai)这(zhei)个阶段(duan)将被基(ji)本(ben)充(chong)溢(yi)，下一个阶段(duan)将主要对Cgd中止充(chong)电(dian)(dian)，而Cgd又称为(wei)米勒电(dian)(dian)容，VGS（pl）因此而得名。存输出侧(ce)，漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流疾速(su)增加，直至抵达最大(da)（负载额定电(dian)(dian)流），但是(shi)VMOS并(bing)非“真”的(de)导(dao)通(tong)，漏(lou)源电(dian)(dian)压(ya)并(bing)没有变化，这(zhei)是(shi)由于漏(lou)极(ji)(ji)和(he)(he)

源极(ji)的(de)分(fen)布电(dian)感(gan)以及(ji)体(ti)二极(ji)管(guan)结(jie)电(dian)容(rong)的(de)存在(zai)，这些电(dian)流(liu)(liu)源自(zi)上述(shu)分(fen)布电(dian)感(gan)的(de)续流(liu)(liu)电(dian)流(liu)(liu)并对体(ti)二极(ji)管(guan)的(de)结(jie)电(dian)容(rong)中止放(fang)电(dian)。

第③阶(jie)(jie)段为漏极导通阶(jie)(jie)段。这一阶(jie)(jie)段对输入侧而(er)言，IG主要(yao)对Cgd中止充(chong)电，栅极电压(ya)(ya)基本不变，因此义称(cheng)为“米勒平顶区”。对输出侧而(er)言，体二极管完全关断，漏极电压(ya)(ya)疾(ji)速降落直至降到VGS（pl）而(er)略高(gao)于饱和(he)压(ya)(ya)降的水(shui)平。

第④阶段(duan)(duan)为(wei)饱(bao)和导通(tong)阶段(duan)(duan)。IG继续对cgd中止充电，使(shi)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)的(de)导通(tong)程度(du)加(jia)深直(zhi)至抵达完(wan)好饱(bao)和导通(tong)，cgs和Cgd被完(wan)好充溢，IG逐渐降低到接(jie)近于0的(de)水(shui)(shui)平(ping)，而(er)栅极(ji)(ji)(ji)电压(ya)则(ze)逐渐升到最(zui)高，抵达接(jie)近VDD的(de)水(shui)(shui)平(ping)。不(bu)难发(fa)现，VMOS的(de)开通(tong)功耗主(zhu)要在(zai)(zai)②、③阶段(duan)(duan)产生：在(zai)(zai)②阶段(duan)(duan)，ID迅速提高，但是漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电压(ya)基本不(bu)变(bian)，VMOS的(de)漏(lou)源极(ji)(ji)(ji)相当于—个(ge)大电阻；而(er)在(zai)(zai)③阶段(duan)(duan)，漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电压(ya)有一个(ge)降落的(de)过程，但是漏(lou)极(ji)(ji)(ji)电流维持在(zai)(zai)最(zui)大水(shui)(shui)平(ping)。

VMOS的(de)关断同样可以用(yong)图(tu)5.70(b)的(de)四个阶(jie)段中止说(shuo)明。

第①阶段(duan)为栅(zha)(zha)极(ji)关断延迟阶段(duan)。栅(zha)(zha)极(ji)驱动电(dian)压(ya)反转后，首先(xian)对(dui)(dui)Cgs和(he)Cgd进(jin)行(xing)放电(dian)，栅(zha)(zha)极(ji)电(dian)压(ya)从最大(da)值降(jiang)低(di)到VGS(pl）。对(dui)(dui)输出侧而言(yan)，漏(lou)极(ji)的电(dian)压(ya)和(he)电(dian)流都基(ji)本不变。

第②阶(jie)(jie)(jie)段(duan)为(wei)漏极(ji)关(guan)断延迟阶(jie)(jie)(jie)段(duan)。漏极(ji)电(dian)压（相关(guan)于源极(ji)）疾(ji)速升高，同样(yang)是由于漏源极(ji)分布参数和体二极(ji)管(guan)结电(dian)容的(de)存在，漏极(ji)电(dian)流基本坚持不变。在输入(ru)侧，IG也继续对Cps和Cgd中止(zhi)放电(dian)，ID的(de)一部分则对Cgd中止(zhi)充电(dian)（对IG而(er)言(yan)．相当于放电(dian)）而(er)且(qie)充电(dian)电(dian)流的(de)数值要大于Ic对Cgd的(de)放电(dian)电(dian)流，因此加速了Cgd的(de)放电(dian)过程（对Ic而(er)言(yan)）。对栅极(ji)电(dian)压而(er)言(yan)，这个阶(jie)(jie)(jie)段(duan)和开通(tong)时的(de)第③阶(jie)(jie)(jie)段(duan)是相同的(de)，都(dou)处于“米勒平顶区(qu)”阶(jie)(jie)(jie)段(duan)。

第③阶(jie)段为(wei)漏极(ji)关断(duan)阶(jie)段。漏极(ji)电(dian)流(liu)疾速降落，IG主要(yao)对Cgs放电(dian)，由(you)于Cgd的(de)放电(dian)在第②阶(jie)段曾经基本完(wan)成。栅极(ji)电(dian)压降落到了VGS（th），漏极(ji)电(dian)流(liu)基本。降落到了0，漏极(ji)关断(duan)根本完(wan)成。假如负载不是纯阻性的(de)，体(ti)二极(ji)管会在这(zhei)个阶(jie)段导通，构成与ID方向(xiang)相反的(de)续流(liu)电(dian)流(liu)。

第(di)④阶(jie)段为关断完成(cheng)阶(jie)段。ID继续对Cgs放电直至放完，ID和VGS均降低(di)到了最低(di)程度，VMOS的关断完毕(bi)。

不难发现，关(guan)断过程(cheng)中(zhong)，关(guan)断功(gong)耗也主要发作在②、③阶段。

通常(chang)所说(shuo)的开(kai)(kai)关(guan)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)主要就(jiu)是指开(kai)(kai)经过(guo)程(cheng)中的开(kai)(kai)通功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)和关(guan)断(duan)(duan)(duan)过(guo)程(cheng)中的关(guan)断(duan)(duan)(duan)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)。由于(yu)开(kai)(kai)通与关(guan)断(duan)(duan)(duan)的时间实践(jian)上十分短，在(zai)此期间由于(yu)饱和导通惹起的功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)根本上能够疏忽。开(kai)(kai)关(guan)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)不只仅是VMOS管芯(xin)自身产生的，还包(bao)括体：二极管的续流功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)。在(zai)大(da)(da)功(gong)(gong)(gong)率高频电(dian)路中，负载大(da)(da)多(duo)是理(li)性(xing)负载，也有容性(xing)负载，极少有纯(chun)阻性(xing)负载，因而续流功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)(hao)常(chang)常(chang)更为可观(guan)。

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