一、MOS管工作原理

在現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)中，MOS管無疑是最常用的電子元件之一。

功率半導(dǎo)體的核心是PN結(jié)，從二極管、三極管到場(chǎng)效應(yīng)管，都是根據(jù)PN結(jié)特性所做的各種應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型、絕緣柵型，其中絕緣柵型也稱MOS管(Metal Oxide Semiconductor)。

1、MOS管寄生電容形成的原因

1.勢(shì)壘電容：功率半導(dǎo)體中，當(dāng)N型和P型半導(dǎo)體結(jié)合后，由于濃度差導(dǎo)致N型半導(dǎo)體的電子會(huì)有部分?jǐn)U散到P型半導(dǎo)體的空穴中，因此在結(jié)合面處的兩側(cè)會(huì)形成空間電荷區(qū)(該空間電荷區(qū)形成的電場(chǎng)會(huì)阻值擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，最終使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡)。

2.擴(kuò)散電容：當(dāng)外加正向電壓時(shí)，靠近耗盡層交界面的非平衡少子濃度高，遠(yuǎn)離非平衡少子濃度低，且濃度自高到底逐漸衰減直到0。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí)，非平衡少子的濃度增大且濃度梯度也增大，外加電壓減小時(shí)，變化相反。該現(xiàn)象中電荷積累和釋放的過程與電容器充放電過程相同，稱為擴(kuò)散電容。

2、寄生電容結(jié)構(gòu)

MOS管寄生電容結(jié)構(gòu)如下，其中，多晶硅寬度、溝道與溝槽寬度、G極氧化層厚度、PN結(jié)摻雜輪廓等都是影響寄生電容的因素。

根據(jù)MOS管規(guī)格書中對(duì)三個(gè)電容的定義我們可以知道

Ciss=Cgs+Cgd;

Coss=Cds+Cgd;

Crss=Cgd;

因此我們可以得到MOS管單獨(dú)三個(gè)引腳之間的電容 Cgs柵源電容、 Cgd柵漏電容、 Cds漏源電容。

二、MOS管電容參數(shù)

在MOS管的Datasheet中，關(guān)于引腳間電容的表述主要有以下三個(gè)參數(shù)。

他們分別是 Ciss輸入電容、 Coss輸出電容、Crss反向傳輸電容。這些電容產(chǎn)生于MOS管的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造中、不能夠完全消除。在使用MOS構(gòu)建電路時(shí)，外部會(huì)使用到電阻、電容、二極管這些常用元件，而我們同時(shí)應(yīng)該考慮到MOS管內(nèi)部所存在的這些結(jié)電容，以免與外部電路沖突。以便在后續(xù)開發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)能夠順利進(jìn)行。接下來是對(duì)這三個(gè)參數(shù)的講解。

1、 Ciss輸入電容

Ciss(Input Capacitance)意為輸入電容。將漏源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。 Ciss是由柵漏電容 Cgd和柵源電容 Cgs并聯(lián)而成，或者 Ciss=Cgs+Cgd。當(dāng)輸入電容充電致閾值電壓時(shí)器件才能開啟，放電致一定值時(shí)器件才可以關(guān)斷。

2、 Coss輸出電容

Coss(Output Capacitance)意為輸出電容。將柵源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容 Cds和柵漏電容 Cgd并聯(lián)而成，或者 Coss=Cds+Cgd對(duì)于軟開關(guān)的應(yīng)用。

3、 Crss反向傳輸電容

Crss(Reverse Transfer Capacitance)意為反向傳輸電容。在源極接地的情況下，測(cè)得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。反向傳輸電容等同于柵漏電容，即 Crss=Cgd。

三、各引腳電容對(duì)電路的影響

1、Ciss對(duì)電路的影響

Ciss和驅(qū)動(dòng)電路對(duì)器件的開啟和關(guān)斷延時(shí)有著直接的影響。

該參數(shù)直接影響到MOS管的開關(guān)時(shí)間，Ciss越大，同樣驅(qū)動(dòng)能力下，開通和關(guān)斷的時(shí)間就越慢，開關(guān)損耗就越大，降低 PD值。這就是為什么要在電源電路中增加加速電路的原因，但是較慢的開關(guān)速度有比較好的EMI特性。

2、Coss對(duì)電路的影響

Coss非常重要，主要在于它可能會(huì)引起電路的諧振。在其他方面引起的問題較少。

3、 Crss對(duì)電路的影響

Crss反向傳輸電容也常叫做米勒電容，對(duì)于開關(guān)的上升和下降時(shí)間來說是其中一個(gè)重要的參數(shù)，他影響著關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。

該電容隨著漏源電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。同時(shí)Crss引起的正反饋也非常容易引起自激振蕩。