一、MOS管寄生電容概述
MOS管存在三個關鍵的寄生電容參數,即輸入電容Ciss、輸出電容Coss和反向傳輸電容Crss。這些寄生電容的形成與功率半導體的結構和工作原理緊密相關。
二、功率半導體基礎
功率半導體的核心在于PN結,從二極管、三極管到場效應管,均是基于PN結特性衍生出的不同應用。場效應管分為結型和絕緣柵型,其中絕緣柵型又被稱為MOS管(MetalOxideSemiconductor)。
三、MOS管分類
依據在不通電情況下反型層是否存在,MOS管可分為增強型與耗盡型。


四、寄生電容形成機制
(一)勢壘電容
當N型和P型半導體結合后,因濃度差使得N型半導體的電子部分擴散至P型半導體的空穴中,在結合面處的兩側會形成空間電荷區。該空間電荷區所產生的電場會阻止擴散運動的繼續進行,直至擴散運動達到平衡狀態。
(二)擴散電容
在外加正向電壓時,靠近耗盡層交界面的非平衡少子濃度較高,而遠離該交界面的非平衡少子濃度則較低,濃度會從高到低逐漸衰減直至為零。當外加正向電壓升高時,非平衡少子的濃度及其濃度梯度均會增大;反之,當外加電壓降低時,情況則相反。這一過程中電荷的積累和釋放與電容器的充放電過程類似,因而被稱為擴散電容。
五、MOS管寄生電容結構影響因素
MOS管的多晶硅寬度、溝道與溝槽寬度、G極氧化層厚度、PN結摻雜輪廓等因素均會對寄生電容產生影響。


六、寄生電容參數定義
根據MOS管規格書,三個電容參數的定義如下:
輸入電容Ciss=Cgs+Cgd
輸出電容Coss=Cds+Cgd
反向傳輸電容Crss=Cgd


這些寄生電容受溫度變化的影響較小,因此驅動電壓和開關頻率對MOS管的開關特性有著更為明顯的影響。
七、寄生電容減小方法
(一)增加初始電容值法
通過增加初始電容值,可以使寄生電容相對電容傳感器的電容量減小。
(二)采用驅動電纜技術
運用驅動電纜技術有助于減小寄生電容。
(三)減少引線距離和集中接地
減少引線距離并采用集中接地的方式,能夠有效減少寄生電容。
(四)優化電路設計
優化電路設計,降低信號線與MOS管間的耦合程度,并加入合適的濾波電路,可減少寄生電容的影響。
(五)注意布局和散熱設計
在MOS管的布局和散熱設計上多加注意,避免因高溫而導致寄生電容發生變化。
(六)合理布局
在電路設計中,合理布局是減小寄生電容產生的關鍵。例如,在PCB設計中,可采用屏蔽和隔離的方法來減少寄生電容。
(七)選擇合適材料
不同材料具有不同的介電常數,選擇合適的材料可以減小寄生電容。如在高頻電路中,選擇低介電常數的材料可降低寄生電容的影響。
(八)使用補償電路
在某些特殊場景下,可通過使用補償電路來消除或減小寄生電容的影響。比如在放大器電路里,可采用補償電路抵消輸入輸出間的寄生電容。
(九)減小漏區面積與周長
適當減小漏區的面積與周長,能有效降低結電容。
(十)柵極串聯電阻
在MOS管開關電路或驅動電路中,常在MOS管柵極串聯電阻,此舉不僅能限制驅動電流、轉移驅動器功率損耗、降低EM輻射和干擾,還能抑制MOS管柵源極的寄生震蕩。
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