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MOSFET的开关时间

我们现在来讲 MOSFET 的开关时间 在书本的 5.1.5 节 对于任何半导体来说 除了额定电压、额定电流这些 所有电子元件都去关心的参数以外 开关时间的参数尤为重要 因为更短的开关时间 意味着开关频率可以变高 那么电路中的储能元件 电容、电感还有变压器 它们的体积、容量都可以成倍地减小 那么高频化实际上是 电源技术发展的一个主要方向 电容和电感在电路中 实质是用感抗和容抗起作用的 那么感抗是 jωL 容抗是 1/jωC 它们都直接与频率有关 也就是说你可以认为 增大频率相当于增大了电感或者电容 而变压器的作用是相当于吞吐能量的蓄水池 它需要储存半个周期的能量 那么频率越高 意味着水池周转越快 我不需要大的容量 就能够满足吞吐的需求 我们看开关时间的组成 我们需要非常详细地知晓 开关时间是由哪些部分组成的 因为这才能帮助我们判断 开关是否工作正常 如图所示电路可以用来测试 开关是否工作正常 那么我们用一个含内阻的方波信号 串了一个内阻、方波信号 来驱动栅极 我们去观测栅源电压、漏极电压 来判断它的开关是否正常 这个 Tina 仿真得到的 MOSFET 的开关过程 那么开通时间 也就是从你信号想开通 到电流达到最大,完全开通 这段时间叫开通时间 是由 td(on) 延迟时间、上升时间组成 那么关断时间从你开关想关到真正关掉 这段时间叫关断时间 也是由两部分组成 延迟时间和下降时间 在 t0 时刻,驱动电平变高 我希望去开通管子 但是这个时候栅极电压不会马上上升 有栅极电容 在我的栅极电压达到门限电压之前 开关实际上不会有任何变化 那么从 t0 到 t1 这段时间 我们就称为 td 这个 d 就是 delay,延迟 on 开通时候的延迟时间 它代表我想开通到开关开始发生响应 这段延迟时间 那么在 t1 时刻 我的栅极电压达到了门限电压值 这时候开关就会有动作了 电流逐渐上升 而电压逐渐下降 我们在 t2 时刻 电流达到最大值 电压降到最低值 这就完成了开关的开通过程 那么在 tr 时间段内 我们可以看到 栅源电压由于结电容的密勒效应 它会保持一个不变 这个叫密勒平台 在 t2 时间以后 密勒平台过去以后 我的栅源电压才会继续上升 在 t3 时刻 我的控制信号驱动信号 发出信号我要关了 但是同样由于栅源电压 它要缓慢下降到门限电压 在下降到门限电压之前 开关也不会有动作 从 t3 到 t4 这个叫做 td(off) 也是延迟时间 代表关断延迟响应的时间 那么在 t4 时刻这个时候 开关终于它的栅源电压 降到了门限电压以下 这时候可以发生关断了 那么电流逐渐下降 电压逐渐上升 完成关断 这段时间叫 tf 代表我的电流下降到最低 所需要的时间 tf 我们来看开关时间的有关指标 通过前面分析我们知道 控制 MOSFET 的开关实际上是控制 栅源之间的电容进行充放电 那么所需的充电电容越小的开关 速度就会越快 我们找到 CSD 系列的 某个 MOSFET 的说明书 我们找出 Dynamic 动态参数 我们可以看到 这是 MOSFET 它的一些寄生电容的值 多少多少皮法 这是在某种条件下 某个电压和电流下 需要对这些电容进行充放电的电荷数 这是在某个电流、某个电压 控制电压和栅极电阻这些条件参数下 得到的四个开关时间 我们对着开关波形 来看这些开关时间的对应 td(on) 开通延迟 4.6 Turn On Delay Time td(off) 9.3 关断延迟 电流上升时间 tr 电流关断的时候下降时间 tf 这就是四个时间对应的值 我们注意 是在某种工作状态下的开关时间值 电压、电流 你给了多少控制电压 还有栅极的驱动电阻有多大 本课小节 开关时间的具体构成与开关过程 四个过程 你想开,但是栅极的电压没有达到 没反应,不灵应 这个叫开通延迟 栅极控制电压到了 电流上升,电压下降 这个是开通 你现在想关 想关也要把栅极控制电压降到门限电压 它才开始理你 这段时间不理你 这个叫做 td 关断延迟 那么达到门限电压以后 电流下降,电压上升 这是一个关断过程 tf 这节课就到这里

我们现在来讲 MOSFET 的开关时间

在书本的 5.1.5 节

对于任何半导体来说

除了额定电压、额定电流这些

所有电子元件都去关心的参数以外

开关时间的参数尤为重要

因为更短的开关时间

意味着开关频率可以变高

那么电路中的储能元件

电容、电感还有变压器

它们的体积、容量都可以成倍地减小

那么高频化实际上是

电源技术发展的一个主要方向

电容和电感在电路中

实质是用感抗和容抗起作用的

那么感抗是 jωL

容抗是 1/jωC

它们都直接与频率有关

也就是说你可以认为

增大频率相当于增大了电感或者电容

而变压器的作用是相当于吞吐能量的蓄水池

它需要储存半个周期的能量

那么频率越高

意味着水池周转越快

我不需要大的容量

就能够满足吞吐的需求

我们看开关时间的组成

我们需要非常详细地知晓

开关时间是由哪些部分组成的

因为这才能帮助我们判断

开关是否工作正常

如图所示电路可以用来测试

开关是否工作正常

那么我们用一个含内阻的方波信号

串了一个内阻、方波信号

来驱动栅极

我们去观测栅源电压、漏极电压

来判断它的开关是否正常

这个 Tina 仿真得到的

MOSFET 的开关过程

那么开通时间

也就是从你信号想开通

到电流达到最大,完全开通

这段时间叫开通时间

是由 td(on) 延迟时间、上升时间组成

那么关断时间从你开关想关到真正关掉

这段时间叫关断时间

也是由两部分组成

延迟时间和下降时间

在 t0 时刻,驱动电平变高

我希望去开通管子

但是这个时候栅极电压不会马上上升

有栅极电容

在我的栅极电压达到门限电压之前

开关实际上不会有任何变化

那么从 t0 到 t1 这段时间

我们就称为 td

这个 d 就是 delay,延迟

on 开通时候的延迟时间

它代表我想开通到开关开始发生响应

这段延迟时间

那么在 t1 时刻

我的栅极电压达到了门限电压值

这时候开关就会有动作了

电流逐渐上升

而电压逐渐下降

我们在 t2 时刻

电流达到最大值

电压降到最低值

这就完成了开关的开通过程

那么在 tr 时间段内

我们可以看到

栅源电压由于结电容的密勒效应

它会保持一个不变

这个叫密勒平台

在 t2 时间以后

密勒平台过去以后

我的栅源电压才会继续上升

在 t3 时刻

我的控制信号驱动信号

发出信号我要关了

但是同样由于栅源电压

它要缓慢下降到门限电压

在下降到门限电压之前

开关也不会有动作

从 t3 到 t4 这个叫做 td(off)

也是延迟时间

代表关断延迟响应的时间

那么在 t4 时刻这个时候

开关终于它的栅源电压

降到了门限电压以下

这时候可以发生关断了

那么电流逐渐下降

电压逐渐上升

完成关断

这段时间叫 tf

代表我的电流下降到最低

所需要的时间 tf

我们来看开关时间的有关指标

通过前面分析我们知道

控制 MOSFET 的开关实际上是控制

栅源之间的电容进行充放电

那么所需的充电电容越小的开关

速度就会越快

我们找到 CSD 系列的

某个 MOSFET 的说明书

我们找出 Dynamic 动态参数

我们可以看到

这是 MOSFET 它的一些寄生电容的值

多少多少皮法

这是在某种条件下

某个电压和电流下

需要对这些电容进行充放电的电荷数

这是在某个电流、某个电压

控制电压和栅极电阻这些条件参数下

得到的四个开关时间

我们对着开关波形

来看这些开关时间的对应

td(on) 开通延迟 4.6

Turn On Delay Time

td(off) 9.3 关断延迟

电流上升时间 tr

电流关断的时候下降时间 tf

这就是四个时间对应的值

我们注意

是在某种工作状态下的开关时间值

电压、电流

你给了多少控制电压

还有栅极的驱动电阻有多大

本课小节

开关时间的具体构成与开关过程

四个过程

你想开,但是栅极的电压没有达到

没反应,不灵应

这个叫开通延迟

栅极控制电压到了

电流上升,电压下降

这个是开通

你现在想关

想关也要把栅极控制电压降到门限电压

它才开始理你

这段时间不理你

这个叫做 td 关断延迟

那么达到门限电压以后

电流下降,电压上升

这是一个关断过程 tf

这节课就到这里

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MOSFET的开关时间

所属课程:电子电路基础知识讲座 发布时间:2016.07.01 视频集数:79 本节视频时长:8:40
本次课程由TI邀请青岛大学傅强老师录制,深入浅出的介绍了与电源技术相关的基础性知识,帮助大家更深入的了解产品,更轻松的进行产品的选型和设计。
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