MOS管等效模型及高頻小信號等效電路解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-12-21
MOS管相比于三極管，開關速度快，導通電壓低，電壓驅動簡單，所以越來越受工程師的喜歡，然而，若不當設計，哪怕是小功率MOS管，也會導致芯片燒壞，原本想著更簡單的，最后變得更加復雜。本文作經驗總結一番，形成理論等效模型。
MOS管等效電路及應用電路如下圖所示：
把MOS管的微觀模型疊加起來，就如下圖所示：
MOS管的輸入與輸出是相位相反，恰好180度，也就是等效于一個反相器，也可以理解為一個反相工作的運放；
如下圖：
有了以上模型，就好辦了，尤其從運放這張圖中，可以一眼看出，這就是一個反相積分電路，當輸入電阻較大時，開關速度比較緩慢，Cgd這顆積分電容影響不明顯，但是當開關速度比較高，而且VDD供電電壓比較高，比如310V下，通過Cgd的電流比較大，強的積分很容易引起振蕩，這個振蕩叫米勒振蕩。
所以Cgd也叫米勒電容，而在MOS管開關導通或者關斷的那段時間，也就是積分那段時間，叫米勒平臺，如下圖圓圈中的那部分為米勒平臺，右邊的是振蕩嚴重的米勒振蕩：
因為MOS管的反饋引入了電容，當這個電容足夠大，并且前段信號變化快，后端供電電壓高，三者結合起來，就會引起積分過充振蕩，這個等價于溫控的PID中的I模型；
要想解決解決這個米勒振蕩，在頻率和電壓不變的情況下，一般可以提高MOS管的驅動電阻，減緩開關的邊沿速度，其次比較有效的方式是增加Cgs電容。在條件允許的情況下，可以在Cds之間并上低內阻抗沖擊的小電容，或者用RC電路來做吸收電路。
下圖是常用的三顆大功率MOS管的電容值：LCR電橋直接測量
從圖上可以看出，Inifineon6代MOS管和APT7代MOS管性能遠遠不如碳化硅性能，它的各個指標都很小，當米勒振蕩通過其他手段無法降低時，可以考慮更換更小的米勒電容MOS管，尤其需要重視Cgd要盡可能的小于Cgs。
在高頻應用時，MOS管的分布電容就不能疏忽，即在考慮高頻溝通小信號作業時有必要考慮MOS管的分布電容對電路功能的影響，所以MOS管的高頻小信號等效電路能夠在其低頻小信號等效電路的基礎上參加MOS管的極間電容完成，如圖所示。
因為在不同作業狀況（截止、飽滿、線性）時MOS管的分布電容值不同，因而若進行詳細的核算比較困難，但能夠經過軟件模仿進行剖析。另外，在高頻電路中有必要注意其作業頻率受MOS管的最高作業頻率的約束（即電路的工作頻率，如高于MOS管的最高作業頻率時，電路不能正常工作）。
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