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MOS管的米勒效应(7)--感性负载

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关于MOS管的米勒效应,前面已经发了6篇:(点击标题可访问)





在上一篇文章中详细描述了带阻性负载时米勒平台是怎样的,对各阶段做了定量分析,相信看过的同学应该会有所收获。今天我们来聊一聊带感性负载时米勒平台是怎样的。


同学留言





一位同学留言说即便用感性负载也仿真不出理论曲线,仿真结果和阻性负载差不多。


感谢这位同学的留言,相信这位同学应该是实际动手仿真过,才有这样的疑问。那到底是不是这样的呢?大家不妨跟着二火一起动起来,咱们搭个模型试试,毕竟硬件微讲堂还是崇尚用理论+数据的方式来论证观点。


搭建模型




还记得上一篇阻性负载时所搭建的仿真模型么?如下图所示:



我们只需要把电路中的R3更换为电感L1即可。为了避免电感在MOS管开关过程中产生巨大的反向电动势,我们需要给电感L1配上一个续流二极管D1。



有的同学会问为什么会有巨大的反向电动势?这里不做过多展开,只说两点,其他的请自行脑补。

①电感中的电流不能突变,但电流变化率dI/dt可以突变;

②U=LdI/dt。


仿真电路调整好后,再进行参数设置。调整下VG1,设置为幅值为5V的方波,用于驱动MOS管的栅极。



VS1是电压源,10V就够用,不用调整。L1取值2mH,这取值是随意取的。到这里,仿真模型就算搭建完毕,下一步开始仿真。


仿真验证




通过“分析”--“瞬时分析”,设置10us的仿真时间,执行即可得到如下波形。而黄框中的部分即为米勒平台所对应的Vgs、Id、Vds波形。



对黄色区域进行局部放大,可以得到如下波形。同样可以分为4个阶段:

阶段①:Vgs<Vth,截止区;

阶段②:Vgs>Vth,Vds>Vgs-Vth,饱和区;

阶段③:Vgs>Vth,Vds>Vgs-Vth,饱和区;

阶段④:Vgs>Vth,Vds<Vgs-Vth,可变电阻区



上图中的阶段③和理论曲线所展示的平台阶段趋势基本一致:Vgs保持不变,Id也保持不变。理论曲线在前面文章中已提到过,如下图所示。



定量计算




关于感性负载的各阶段定量关系计算,基本和《》讲过的定量关系类似,这里不再重复。需要特别说明阶段③,此时Vds和Id的变化已不同步,在阻性负载中所提到的欧姆定律关系式已不能说明问题,内部涉及电压和电流的波形能量转换开关管和续流二极管的换流


好在此时的Vgs不变,Id也不变,阶段③Vgs和Id的定量计算可以和阶段②在t2时刻(阶段②和阶段③临界点)定量计算的结果保持相等。Vds的计算非常复杂,我们就放过自己吧……


差异点的可能解释




细心的同学发现阶段②,在仿真波形中有一个明显的尖峰,而理论曲线没有。基于个人理解,我这边尝试进行如下解释,可能未必恰当。如有不对,还请指正。

①可能由于仿真模型搭建上有差异。理论曲线中搭建模型中使用的是恒流源,而我仿真模型中使用的是电感。

②理论曲线的仿真模型中所使用的器件是否为理想模型,我不确定。TINA-TI中的模型,确定不是理想模型。

(我自认为这个解释不够严谨…)



感性负载与阻性负载对比




我们把感性负载和阻性负载的米勒效应波形一起看下,如下图:



具体的差异点都在图上,我不展开讲。

只提一个点:感性负载时,在阶段②,漏极电流Id在变化时,漏源电压Vds不变;在阶段③,Id不变化时,Vds在变化。


想想为什么?

感兴趣的同学自己花点精力研究,我这边点到为止。欢迎评论区留言,说出你的观点。


总  结




先聊到这里,梳理下今天讨论的内容:

①搭建感性负载的米勒效应仿真模型;

②对感性负载的米勒效应4个阶段进行简要分析;

③定量计算;

④指出仿真结果与理论曲线的明显差异点;

⑤对比感性负载和阻性负载的米勒效应曲线,特别抛出一个问题点;


怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门就看你的造化了!


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