电路杂谈——MOS管各引脚间结电容对电路的影响

一、mos管工作原理

在现代电子电路设计中，mos管无疑是最常用的电子元件之一。
功率半导体的核心是pn结，从二极管、三极管到场效应管，都是根据pn结特性所做的各种应用。场效应管分为结型、绝缘栅型，其中绝缘栅型也称mos管（metal oxide semiconductor）。

1、mos管寄生电容形成的原因

1.势垒电容：功率半导体中，当n型和p型半导体结合后，由于浓度差导致n型半导体的电子会有部分扩散到p型半导体的空穴中，因此在结合面处的两侧会形成空间电荷区（该空间电荷区形成的电场会阻值扩散运动进行，最终使扩散运动达到平衡）。

2.扩散电容：当外加正向电压时，靠近耗尽层交界面的非平衡少子浓度高，远离非平衡少子浓度低，且浓度自高到底逐渐衰减直到0。当外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度增大且浓度梯度也增大，外加电压减小时，变化相反。该现象中电荷积累和释放的过程与电容器充放电过程相同，称为扩散电容。

2、寄生电容结构

mos管寄生电容结构如下，其中，多晶硅宽度、沟道与沟槽宽度、g极氧化层厚度、pn结掺杂轮廓等都是影响寄生电容的因素。


根据mos管规格书中对三个电容的定义我们可以知道
$c_{iss}=c_{gs}+c_{gd}$；
$c_{oss}=c_{ds}+c_{gd}$；
$c_{rss}=c_{gd}$；
因此我们可以得到mos管单独三个引脚之间的电容$c_{gs}$栅源电容、$c_{gd}$栅漏电容、$c_{ds}$漏源电容。$c_{ds}$漏源电容又叫米勒电容。

二、mos管电容参数

在mos管的datasheet中，关于引脚间电容的表述主要有以下三个参数。

他们分别是$c_{iss}$输入电容、$c_{oss}$输出电容、$c_{rss}$反向传输电容。这些电容产生于mos管的结构和构造中、不能够完全消除。在使用mos构建电路时，外部会使用到电阻、电容、二极管这些常用元件，而我们同时应该考虑到mos管内部所存在的这些结电容，以免与外部电路冲突。以便在后续开发、设计、调试时能够顺利进行。接下来是对这三个参数的讲解。

1、$c_{iss}$输入电容

$c_{iss}$（input capacitance）意为输入电容。将漏源短接，用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。$c_{iss}$是由栅漏电容$c_{gd}$和栅源电容$c_{gs}$并联而成，或者$c_{iss}=c_{gs}+c_{gd}$。当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启，放电致一定值时器件才可以关断。

2、$c_{oss}$输出电容

$c_{oss}$（output capacitance）意为输出电容。将栅源短接，用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。$c_{oss}$是由漏源电容$c_{ds}$和栅漏电容$c_{gd}$并联而成，或者$c_{oss}=c_{ds}+c_{gd}$对于软开关的应用。

3、$c_{rss}$反向传输电容

$c_{rss}$（reverse transfer capacitance）意为反向传输电容。在源极接地的情况下，测得的漏极和栅极之间的电容为反向传输电容。反向传输电容等同于栅漏电容，即$c_{rss}=c_{gd}$。

三、各引脚电容对电路的影响

1、$c_{iss}$对电路的影响

$c_{iss}$和驱动电路对器件的开启和关断延时有着直接的影响。
该参数直接影响到mos管的开关时间，$c_{iss}$越大，同样驱动能力下，开通和关断的时间就越慢，开关损耗就越大，降低$p_d$值。这就是为什么要在电源电路中增加加速电路的原因，但是较慢的开关速度有比较好的emi特性。

2、$c_{oss}$对电路的影响

$c_{oss}$非常重要，主要在于它可能会引起电路的谐振。在其他方面引起的问题较少。

3、$c_{rss}$对电路的影响

$c_{rss}$反向传输电容也常叫做米勒电容，对于开关的上升和下降时间来说是其中一个重要的参数，他影响着关断延时时间。
该电容随着漏源电压的增加而减小，尤其是输出电容和反向传输电容。同时$c_{rss}$引起的正反馈也非常容易引起自激振荡。