VMOS的開通與關(guān)斷

就VMOS的開關(guān)而言，分布參數(shù)的主要要素是結(jié)電容，其他影響要素還包括引線、端電極、PN結(jié)、管芯本體（基區(qū)）的等效分布電容和分布電感，工作頻率越高，上述“其他要素”的影響就越大。思索到柵極分布參數(shù)的VMOS的開關(guān)過程在本書第3章的3.3.4、3.3.5節(jié)曾經(jīng)做了一些說明。

思索管子內(nèi)部的分布參數(shù)以后，VMOS的開通與關(guān)斷可以用圖5.69所示的電路來說明。圖5. 69中的RH（上拉電阻）、RL（下拉電阻）和RG（外部電路的柵極電阻）是為了防止柵極振蕩而設(shè)的，RG(in) 內(nèi)部柵極的等效電阻，在實(shí)際電路中足看不到的，Di為體二極管。

圖5. 69電路的相關(guān)波形如圖5.70所示，其中的(a)與本書第3章中的“圖3. 16”所示的柵電荷充放電波形圖是非常相似的。圖中波形為了說明問題而特意作了水平擴(kuò)展，與輸入的方波相比較，柵極的理論波形變成了階梯波。

在圖5. 70(a)中，VMOS的開通被分紅了四個(gè)階段，以便于問題的說明。

第①階段為柵極開通延遲階段，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)主要對(duì)Cgs充電，直至柵極電壓（相關(guān)于源極）升高到VMOS的開啟電壓VGS（th），同時(shí)，Cgd也會(huì)被緩慢充電，其容量也會(huì)略有減小。

第②階段為漏極開通延遲階段。在輸人側(cè)，Cgs和Cgd被繼續(xù)充電，柵極電壓繼續(xù)上升，直至升高到“Miller Plateau Ievel”(米勒平頂電壓)VGS（pD）。Cgs在這個(gè)階段將被基本充溢，下一個(gè)階段將主要對(duì)Cgd中止充電，而Cgd又稱為米勒電容，VGS（pl）因此而得名。存輸出側(cè)，漏極電流疾速增加，直至抵達(dá)最大（負(fù)載額定電流），但是VMOS并非“真”的導(dǎo)通，漏源電壓并沒有變化，這是由于漏極和

源極的分布電感以及體二極管結(jié)電容的存在，這些電流源自上述分布電感的續(xù)流電流并對(duì)體二極管的結(jié)電容中止放電。

第③階段為漏極導(dǎo)通階段。這一階段對(duì)輸入側(cè)而言，IG主要對(duì)Cgd中止充電，柵極電壓基本不變，因此義稱為“米勒平頂區(qū)”。對(duì)輸出側(cè)而言，體二極管完全關(guān)斷，漏極電壓疾速降落直至降到VGS（pl）而略高于飽和壓降的水平。

第④階段為飽和導(dǎo)通階段。IG繼續(xù)對(duì)cgd中止充電，使漏極的導(dǎo)通程度加深直至抵達(dá)完好飽和導(dǎo)通，cgs和Cgd被完好充溢，IG逐漸降低到接近于0的水平，而柵極電壓則逐漸升到最高，抵達(dá)接近VDD的水平。不難發(fā)現(xiàn)，VMOS的開通功耗主要在②、③階段產(chǎn)生：在②階段，ID迅速提高，但是漏極電壓基本不變，VMOS的漏源極相當(dāng)于—個(gè)大電阻；而在③階段，漏極電壓有一個(gè)降落的過程，但是漏極電流維持在最大水平。

VMOS的關(guān)斷同樣可以用圖5.70(b)的四個(gè)階段中止說明。

第①階段為柵極關(guān)斷延遲階段。柵極驅(qū)動(dòng)電壓反轉(zhuǎn)后，首先對(duì)Cgs和Cgd進(jìn)行放電，柵極電壓從最大值降低到VGS(pl）。對(duì)輸出側(cè)而言，漏極的電壓和電流都基本不變。

第②階段為漏極關(guān)斷延遲階段。漏極電壓（相關(guān)于源極）疾速升高，同樣是由于漏源極分布參數(shù)和體二極管結(jié)電容的存在，漏極電流基本堅(jiān)持不變。在輸入側(cè)，IG也繼續(xù)對(duì)Cps和Cgd中止放電，ID的一部分則對(duì)Cgd中止充電（對(duì)IG而言．相當(dāng)于放電）而且充電電流的數(shù)值要大于Ic對(duì)Cgd的放電電流，因此加速了Cgd的放電過程（對(duì)Ic而言）。對(duì)柵極電壓而言，這個(gè)階段和開通時(shí)的第③階段是相同的，都處于“米勒平頂區(qū)”階段。

第③階段為漏極關(guān)斷階段。漏極電流疾速降落，IG主要對(duì)Cgs放電，由于Cgd的放電在第②階段曾經(jīng)基本完成。柵極電壓降落到了VGS（th），漏極電流基本。降落到了0，漏極關(guān)斷根本完成。假如負(fù)載不是純阻性的，體二極管會(huì)在這個(gè)階段導(dǎo)通，構(gòu)成與ID方向相反的續(xù)流電流。

第④階段為關(guān)斷完成階段。ID繼續(xù)對(duì)Cgs放電直至放完，ID和VGS均降低到了最低程度，VMOS的關(guān)斷完畢。

不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)斷過程中，關(guān)斷功耗也主要發(fā)作在②、③階段。

通常所說的開關(guān)功耗主要就是指開經(jīng)過程中的開通功耗和關(guān)斷過程中的關(guān)斷功耗。由于開通與關(guān)斷的時(shí)間實(shí)踐上十分短，在此期間由于飽和導(dǎo)通惹起的功耗根本上能夠疏忽。開關(guān)功耗不只僅是VMOS管芯自身產(chǎn)生的，還包括體：二極管的續(xù)流功耗。在大功率高頻電路中，負(fù)載大多是理性負(fù)載，也有容性負(fù)載，極少有純阻性負(fù)載，因而續(xù)流功耗常常更為可觀。

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