我們已經介紹了 MOSFET 的旁路二極體的逆向回復電流，接下來我們將介紹MOSFET切換時Turn on 和 Turn off 的Vds dv/dt 波形探討,本篇會已先介紹MOSFET Turn on 時的Vds dv/dt 波形，本分析都會以圖一作為電路分析,並假設為電感性負載作為討論。 圖一:  圖一:『Switching of the upper and lower MOSFETs』(註1) 出處 TOSHIBA Impacts of the dv/dt Rate on MOSFETs Application Note。 接下來我們介紹MOSFET Turn on 時 Vds dv/dt 波形。 圖二 顯示了圖 一 電路的Turn on 時波形，MOSFET 具有 dv/dt ramp 在 t2 到 t3 期間(即在開關轉換期間) (1) 0 至 t1(MOSFET 處於 off ) 此區間的VGS 電壓作為Gate電阻 R、G-S電容的函數而增加 Cgs 和Gate -drain 電容 Cgd： VGS = VGG｛1－exp{－t/[ R (Cgs+Cgd)]}｝----- (1) (2) t1 至 t2(MOSFET 正在Turn on) 在 t1 時刻，MOSFET 的VGS電壓超過其 VGSth，導致電流流向 開始流入Drain，當 ID 電流等於負載電流 IO 時，形成續流電流,此時為正偏模式二極體進入逆向恢復，ID 由於續流二極體的逆向恢復電流而增加，在此區間，MOSFET 的 VDS電壓保持等於 VDD電壓，Gate電壓 VG 增加會 與從 0 到 t1 的時間段的VG幾乎相同，可由公式(1)所示. (3) t2 至 t3(MOSFET 正在切換) 隨著續流二極體的逆向恢復電流降至為零，MOSFET 的ID電流達到負載電流IO，然後，Gate電壓下降到 VGS1,此時ID電流會等於 IO。 隨著VD電壓降低，dVDS/dt 導致電流流過Gate-drain 電容 Cgd，該電流表示為 IDG=Cgd・dVDS /dt. dVDS/dt 斜率是這樣確定的IDG = (VGG－VGS)/R, VGS為Gate pulse 電壓R為Gate電阻。 在此期間，Gate電壓 VGS幾乎保持恆定在VGS1.(此為米勒平台) (4) t3 後(MOSFET 處於Turn on) 由於Drain 電壓 VDS 在 t3 下降到幾乎為零，Gate電壓開始上升再次由於 R 和 (Cgs+ Cgd)。 Gate電壓計算如下： VGS= [ VGG–VGS1]｛1－exp[－(t－t3) / R ( Cgs+Cgd ) ]｝+ VGS1 圖二:  圖二:『Turn-on curve』(註1) 出處 TOSHIBA Impacts of the dv/dt Rate on MOSFETs Application Note。 接下來我們介紹MOSFET Turn off 時 Vds dv/dt 波形。 圖三顯示了圖一電路的 turn off 波形，MOSFET 在 t2 到 t3 期間為即開關轉換期間，有一個 dv/dt 的波形， (1) 0 到 t1（MOSFET 處於 on) 此區間的 Gate 電壓 VGS 作為 Gate電阻 R、Gate-Source 電容 Cgs 和 Gate-Drain 電容 Cgd 的函數而降低，公式如下: VGS = VGG・exp{－t/ [R･(Cgs+Cgd)] ----- (2) (2) t1 至 t2（MOSFET 正在 Turn off） 當Gate 電壓達到 VGS1 時，MOSFET 的 Drain 電流達到負載電流 IO,Drain電壓開始升高。隨著Drain電壓的增加,dVDS/dt 斜坡導致電流流過Gate-Drain電容 Cgd。 該電流表示為 IDG=Cgd・dVDS /dt. 確定 dVDS/dt 比率,使 IDG 等於電流 VGS/R (VGG=0),它是Gate pluse 電壓 (=0 V) 和 Gate 電阻 R 的函數. 在 t1 到 t2 期間,Gate電壓 VGS 幾乎保持在 VGS1 不變,而 MOSFET 的Drain電壓 vDS 增加到電源電壓 VDD. (3) t2 至 t3（MOSFET 正在切換） 當Drain電壓 VDS 達到電源電壓 VDD 時,續流二極體導通. 同時,Drain電流ID 開始下降,由於 R 和 (Cgs+Cgd),Gate電壓 VGS 再次開始下降並繼續下降,直到達到 Vth. 在此期間,VGS表示為： VGS1･exp{－(t－t2) / [R･(Cgs+Cgd)]}. (4) t3 後（MOSFET 處於 off 狀態） 由於電流Drain為零，Drain電壓VDS等於電源電壓VDD, dVDS/dt為零, Gate電壓因R和(Cgs+Cgd)再次開始下降.在此期間,VGS表示為： VGS =VGS1･exp{－(t－t2)/[R･(Cgs + Cgd)]}. 圖三:  圖三:『Turn-off curve』(註1) 出處 TOSHIBA Impacts of the dv/dt Rate on MOSFETs Application Note。 |
