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未解决

如何计算MOSFET开通时栅源极的米勒平台电压?

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qy114
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  • 2011-8-11 20:36:46
10问答币
请问在选定了MOSFET、驱动电压、栅极电阻后如何计算在MOSFET开通过程中栅源极电压Vgs处于miller plateau的电压值Vp?
这个值一般会在Datasheet中给出,不过是在其测试的漏极电流Id和驱动电压Vd的条件下给出。但在自己的应用中如何计算呢?先不考虑二极管的反向恢复的影响以及线路杂散电感的影响。自己看到的资料中有以下两个不同公式:
第一种:Id=gfs(Vp-Vgs(th))
这里的gfs应该是MOSFET的跨导吧,这是一个随Id变化的非线性量,漏极电流从0增加到Id过程中gfs也随着变化,可应该如何确定其值呢? 有没有大侠知道其中的奥秘呢?我是在《精通开关电源》中149页看到有这个公式,在 https://bbs.21dianyuan.com/14130.html 分享的第一个资料(个人觉得很好的资料,a “one-stop-shopping” to solve the most common design challenges,但是居然没人顶,还是有其他人分享过了?)的第2-5页也有这个公式。但都没有说清怎么选择gfs
第二种:Id=K(Vp-Vgs(th))2
飞兆_MOSFET basics.pdf 中的第8页看,K是个常数。
IXYSmosfet_driver_theory_and_applications.pdf 的第3页的Eq.1.1也是这个公式。利用此公式将Datasheet中的Vp Vgs(th)Id带入可求得K,再计算自己应用中条件下的Vp。个人感觉第二个靠谱一点。但不知道这样对不对。
希望有大侠再能给分析分析。非常感谢!!

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qy114
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  • 2011-8-12 19:21:54
 
没人回复,自顶一个。
是我没有表述清问题呢,还是这个问题没有什么意义呢?
我要求得米勒平台的电压值是为了较为详细的求出MOSFET开通时电流和电压交叠的时间。
大侠们,快来看看吧.....
blueskyy
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  • 2020-3-13 14:26:26
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应该是弥勒平台时间(而不是电压)吧 ~
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  • 2011-8-16 10:38:05
 
哎!第一次发帖问问题就没一个人理我啊!
这两天在网上找到一本POWER MOSFET的书,上世纪80年代末的,好久远。。。
不知论坛原来有没有人上传过。

POWER MOSFET theory and applications.part1.rar
POWER MOSFET theory and applications.part2.rar
POWER MOSFET theory and applications.part3.rar
POWER MOSFET theory and applications.part4.rar
POWER MOSFET theory and applications.part5.rar
qy114
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  • 2011-8-16 10:57:09
 
POWER MOSFET theory and applications.part6.rar
POWER MOSFET theory and applications.part7.rar
传完了。
书的第68页式(3.22)给出了在载流子速度饱和时有gfs=k(Vgs-Vth),相当于一楼说的第二种情况了。载流子速度饱和应该就是MOSFET的饱和区吧,也就是MOSFET还未完全导通,未进入可变电阻区(结合“ Mosfet 和 三极管:在ON 状态区别:”这个热帖)。那在达到米勒平台以前MOSFET应该就在这种饱和状态吧?
qy114
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  • 2011-8-16 11:57:06
 
自己的帖子自己回复真是蛋疼啊。可谁让这帖子没人看呢。
还有几个问题我很疑惑,希望高手解答啊。是关于MOSFET datasheet上的数据。
就以下面英飞凌这款Coolmos为例 吧
CoolMOS_IPP60R099C6.pdf
问题一:Datasheet中第6页的table 6,静态特性中的Gate Resistance典型值为1.6 Ohm指的是MOSFET自身含有的门极电阻吗?在table 7中最后四个时间参数的Test Condition里的RG=1.7 Ohm是指外加的门极电阻还是自身的门极电阻还是指的总共的门极电阻呢?
问题二:
我认为在米勒平台阶段,驱动电流基本恒定 ig=(VGS-Vplatuea)/RG=(13-5.4)/1.7=4.47A
那么米勒平台持续的时间为 tGD=QGD/ig=61/4.47=13.56ns;
然后我认为米勒平台持续的时间就是MOSFET漏源极电压从VDS下降到0的时间;
Table 7中的tr是漏源极电压从90%下降到10%,我认为是米勒平台持续时间的80%,所以从这里得到的米勒平台持续时间为12/0.8=15ns;
最终得到个两个有微小差异的米勒平台持续的时间,我想问问大侠们我上面的思路有哪个地方有问题吗?
问题三:
我认为在米勒平台以前,为一个恒压源Vr=13V通过RG对MOSFET的输入电容Ciss充电。所以VGS从0上升到米勒平台5.3V的时间为t1=-RG*Ciss*ln(1-5.3/Vr)。从datasheet上看输入电容Ciss在VDS大于50V后就保持不变,取其典型值2.66nF。RG取1.7 Ohm。求得t1~2.37ns;
Table 7 里的td(on)是从VGS上升到10%到漏源极电压VDS下降90%的时间,我这里近似认为是VGS从0开始上升到进入米勒平台的时间,td(on)=15ns;
为什么这个t1 和td(on)会有这么大的差别,我有哪个地方想错了吗?望高手指点。谢谢
很想知道大侠们在选择MOSFET及其估算损耗时是如何利用Datasheet中的这些数据的。

我是新手,关于MOSFET的很多问题很让我疑惑。期待大家的指点与讨论。
gaohq
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总工程师
  • 2011-8-16 13:20:57
 
楼主很孤单啊,问一下,算这个有必要么?
qy114
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  • 2011-8-16 19:37:12
 
多谢关注啊!
我是新手,没多少经验。不知道具体在实际工程中是个什么过程。我只是在设计阶段想尽量详细的计算MOSFET开关过程中漏源极电压和漏极电流的变化的时间,一是为了估算所选择的MOSFET的开关损耗,一个是评估一下di/dt及dv/dt。
大家都是怎么在自己的应用中选MOSFET的呢?找同等电压等级下参数最优的?然后再在实验中慢慢调试,多次换RG值用示波器观测实际的电压电流波形?还是。。。。。
qy114
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  • 2011-8-19 13:54:15
 
看来这理论计算和实际电路还是有很大的区别啊。在下面Vishay的一篇Application Note里比较了用公式计算MOSFET开关过程中电流和电压变化时间与实际测量之间的差别。主要还是MOSFET封装和线路中的stray inductance会对电压、电流变化有较大影响,使电流上升阶段比单纯的RC充电要复杂的多。

Understanding Gate Charge and Using It To Assess Switching Performance.PDF
还发现了论坛里胡庄主在08年发的关于MOSFET培训资料的帖子,有很多好东西,这里给个链接,里面有篇IEEE的文章详细计算了考虑各种stray inductance后的情况。
https://bbs.21dianyuan.com/1441.html
zdwabcdefg
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高级工程师
  • 2011-12-21 00:48:20
 
你这么回答 完全不是个新手。
看了你的计算MOSFET 米勒平台的东西很不错,你也解释了一些
勒平台持续的时间就是MOSFET漏源极电压从VDS下降到0的时间

你那个Ciss Coss Cress 与Cgd Cds Cgs 有关系的 通过Ciss Coss Cress 去求得Cgd Cds Cgs
米勒电容就是Cgd
确实 你估算这个有助于你估算MOS的开关损耗,实际估算你只要知道他大致DS关断时间与电流下降的值与时间的乘积就能求得最大开关损耗的。
并DS电容会增长米勒平台时间, 增大ds电压也会改变米勒平台时间,改变驱动电压也会改变米勒电容
得研究米勒效应,再看MOS的米勒平台就会更好理解 不单单是mos有。许多有负反馈的电路,如运放 三极管都有米勒效应的
目前正在关注米勒平台问题,有时候米勒平台长点好,有时候可以选择短些好,仍在学习 希望多给些这方面资料 谢谢
邮箱 zdwabcdefg@126.com
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-3-3 13:00:16
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帮楼主顶一下!
个人认为这些数据如td(on)与半导体厂商,比如英飞凌的测试平台,测试设备息息相关;厂家不同,设备可能不同,选择器件时直接对比这些参数意义并不大;同个厂家可以对比工参考使用;
最好在应用的平台上测试开关速度差异,或者制作测试平台,专测试开关损耗;
英飞凌的数据上有提供Eon,Eoff的曲线;这个实际应用意义更大。
天使之光
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高级工程师
  • 2011-12-31 09:35:44
 
先顶一下,楼主很细致
jr3749352123
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本网技师
  • 2012-10-29 16:00:46
 
巧的很 我也遇上了同样的疑惑,也是没有办法确认Vgs,miller电压,有机会一起商量一下吧,另外提供楼主说的那篇“一店买齐”参考文章,原帖链接失效了 :slup169 Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits By Laszlo Baloghslup169 Design And Application Guide.pdf
jr3749352123
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本网技师
  • 2012-10-29 16:12:06
 
从你提供的文献 IXYSmosfet_driver_theory_and_applications.pdf 来看, I<sub style="padding:0px;margin:0px auto;font-family:'Times New Roman';line-height:16px;">d[/sub]=K(V<sub style="padding:0px;margin:0px auto;font-family:'Times New Roman';line-height:16px;">p[/sub]-V<sub style="padding:0px;margin:0px auto;font-family:'Times New Roman';line-height:16px;">gs(th)[/sub])<sup style="padding:0px;margin:0px auto;font-family:'Times New Roman';line-height:16px;">2 [/sup]
这个等式只适用于Vgs在Vth电压附近,原文有说明的“Please note that the
actual relationship between VGS and ID is shown by dotted line and it can be observed that in the vicinity of VGS(th), the relationship between VGS and ID is parabolic in nature:。。。”


gfs从部分产品datasheet中查到,都是定值常数的;第一种情况下的Id是Id的最大值,也就是应该表示为Ids_max,以上是我参考资料之后得出的结论,
BTW,关于跨导的更详细说明,查阅一下器件物理或者CMOS ic书籍中的详细描述会很有帮,因为在不同工作区跨导还不一样。
http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter7/ch7_3.htm 该链接里的MOS管各种模型也值得参考。
而我的问题是。。放在buck拓扑下,这个Idsmax大概如何确定?是不是相当于流经电感的电流峰值还是别的什么值?

另附两篇其他角度探讨Ids的网文,
http://www.elecfans.com/analog/20120725281527.html
http://rf.eefocus.com/article/12-02/2287011329541971_1.html?sort=1929_1931_0_0

我的q:6九22四2九73,请指点迷津。
zouliquan
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助理工程师
  • 2012-10-29 17:54:10
 
胡庄主
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版主
  • 2012-10-29 18:03:41
 
我近期正在看这方面的内容,目的是比较准确地计算MOS开通,关断的损耗,包括体二极管的反向恢复损耗等。
过去花时间看过不少,但都是一段一段的,这次希望彻底搞清楚,至少能够搞清楚全部过程,就算不能算准确,也要知道为什么我算不准确。
收集了不少的资料,正在繁忙地过滤,阅读,翻译,整理中,希望一个月后会有些结果,到时候可以给需要的兄弟们分享一下。
desion_g
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高级工程师
  • 2012-10-29 20:17:23
 
赞一个!
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总工程师
  • 2012-10-29 20:53:37
 
期待胡版的大作!!!
ht_lb@126.com
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总工程师
  • 2012-10-29 20:53:10
 
多谢楼主的资料 很棒
jr3749352123
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本网技师
  • 2012-10-30 00:44:01
 
好吧 等不及了 还是我自己解决吧。。大家帮我验证一下说的哪里不对咯。
关于楼主说的第一个公式“I<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;font-family:'Times New Roman';line-height:25px;">d[/sub]=g<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;font-family:'Times New Roman';line-height:25px;">fs[/sub](V<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;font-family:'Times New Roman';line-height:25px;">p[/sub]-V<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;font-family:'Times New Roman';line-height:25px;">gs(th)[/sub])” ,是在某一特定Vgs下,处于饱和区工作状态的Mos管的Ids随着Vds的增大近乎不变。这也是为什么一站买齐那文章描述这个电流为“Maximum current”,而我之前被这个“maximum”的歧义误导到别处去了,也怪我书都白念了。。
至于跨导gm(即gfs),与其说“这是一个随I<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;">d[/sub]变化的非线性量”,不如说它随很多量变化。如果楼主不想用datasheet给出的值,自己查器件物理的书从原始定义慢慢推咯,不过W/L你只能从mos厂商那里得知,还是老老实实直接拿现成的用吧。


第二种:I<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;">d[/sub]=K(V<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;">p[/sub]-V<sub style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;">gs(th)[/sub])<sup style="padding:0px;margin:0px;word-wrap:break-word;">2,这里的Id指的是mos处于线性区的Ids值,而K则是0.5*Un*Cox*W/L,这的确算是个常数,但只有mos厂商才知道确切值。[/sup]


澄清了这两个都很靠谱的公式之外,再说说米勒平台电压的计算,也就是我之前的“Id”的问题,我从另一份资料中找到了较为有用的信息提供给大家参考
Estimating MOSFET Parameters from the Data Sheet.pdf
Id=5A :the maximum drain current at full load.” 而在该文章后面计算Vmill的公式中,这个该死的Id直接被替换成了“I_load” 所以我仍然拿不准这个“Id”到底该是个什么值。 请求指教。。
jr3749352123
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本网技师
  • 2012-10-30 01:24:17
 
或者这么问吧,请问比如在buck拓扑下,流过mos管的电流是什么样的。。最大值是多少?恳请指教~~
jr3749352123
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LV2
本网技师
  • 2012-10-30 11:46:44
 
没有人回答吗?一个很简单的问题,在buck拓扑中,流经mos管的电流Ids,最大值是多少?
jr3749352123
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本网技师
  • 2012-10-30 13:35:19
  • 倒数10
 
好吧,自己另开了个帖子请教了,这里的Idsmax按照请教得来的信息https://bbs.21dianyuan.com/134754.html ,就相当于导通时刻电感电流的最大值,再加上datasheet已知的Vth和gfs,就可以求得米勒平台电容的值了,不知道这样可不可以算画上句号了,木有人讨论一下吗。。
ywh07120104
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高级工程师
  • 2020-3-12 17:04:49
  • 倒数2
 
Estimating MOSFET Parameters from the Data Sheet,这里的K=I/(VGS-VTH)2,和其他地方的K=I/(VGS-VTH)又不一样,好几年前的帖子了,不知道楼主有最后答案吗?
blueskyy
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  • 2012-10-30 12:03:02
 
路过 ~
xx88jj88jj88
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  • 2014-3-3 12:41:00
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留个记号
weideqin1
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  • 2014-3-30 15:42:51
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sunnyyouth
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本网技师
  • 2014-7-18 15:11:17
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ckj_ck
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WHXAZWN
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高级工程师
  • 2016-12-22 16:16:02
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一楼给出的第二种公式,适用在饱和区范围,我现在也在思考相关问题,我不是很确定为何米勒平台中MOSFET的工况可以认为是在饱和区。

输出特性曲线上划分区域针对的是MOSFET导通之后,而米勒平台对应的Cgd放电阶段应该与导通之后有所区别。本人属电力电子电机控制专业,对半导体特性才刚入门,如有不懂,望大神们谅解!

xiaotian2016
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助理工程师
  • 2019-6-11 12:36:47
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学习了
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