包含寄生参数的功率 MOSFET等效电路
电阻、电感、电容的等效阻抗计算及应用
--是一单向导电器件（无正向阻断能力）；
--为不可控器件，由其两断电压的极性控制通断，无其它外部控制；
--普通二极管的功率容量很大，但频率很低；
--开关二极管有三种，其稳态特性和开关特性不同：
--快恢复二极管；
--超快恢复，软恢复二极管；
--萧特基二极管（反向阻断电压降＜＜200V，无反向恢复问题）；
功率MOSFET的反向导通等效二极管的等效电路，可用一电压降等效，此二极管为MOSFET的体二极管，多数情况下，因其特性很差，要避免使用。
功率MOSFET的反向导通等效电路（2）
（1）：等效电路（门极加控制）
（2）：说明：功率MOSFET在门级控制下的反向导通，也可用一电阻等效，该电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大；它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。此工作状态称为MOSFET的同步整流工作，是低压大电流输出开关电源中非常重要的一种工作状态。
功率MOSFET的正向截止等效电路
（1）：等效电路
（2）：说明：功率MOSFET正向截止时可用一电容等效，其容量与所加的正向电压、环境温度等有关，大小可从制造商的手册中获得。
功率MOSFET的稳态特性总结
（1）：功率MOSFET稳态时的电流/电压曲线
（2）：说明：功率MOSFET正向饱和导通时的稳态工作点：
当门极不加控制时，其反向导通的稳态工作点同二极管。
（3）：稳态特性总结：
--门极与源极间的电压Vgs控制器件的导通状态；当VgsVth时，器件处于导通状态；器件的通态电阻与Vgs有关，Vgs大，通态电阻小；多数器件的Vgs为12V-15V，额定值为+-30V；
功率开关管的寄生参数及对开关过程的影响
N+ P
CG
D
++ NN P
C G S -d e p
CDS
其中CGSM表示多晶硅栅与源 极金属层之间形成的介质电 容、CGSN+表示源区与多晶硅 栅交叠区域形成的介质电容 N− － N 、CGSP表示P沟道与多晶硅栅 形成的电容。 N+ N+ MOSFET的栅漏电容（CGD) D 由CGD-oxid、CGD-dep串联组成 MOSFET的漏源电容（CDS)表示 CGD-oxid、表示N-漂移区与 P体区与N-外延层形成的耗尽 多晶硅栅形成的介质电容 层电容 ，CGD-dep表示N-漂移区表面 反型时的P区与N-漂移区 形成的耗尽电容。
UFP
2V 0 tFR
t
二极管的寄生特性的影响
1、增加损耗： 2、感应过压尖峰： �反向恢复引起过压：过大的反向电流有可能使其产生类 似二次击穿的雪崩现象，或是缩小功率开关管的安全工 作区。功率管开通的时刻，实际上是体二极管关断时刻 ，此时二极管损坏风险是最大的！ �正向恢复电压引起过压：在功率开关管关断时，线路的 寄生电感会感应出一个电压尖峰，这个电压尖峰叠加于 续流二极管的正向恢复电压之上，二者之和可能导致过 电压。 3、产生电磁干扰：快速的di/dt、dv/dt将产生EMI问题 4、产生大的dv/dt使开关管误导通
（2）MOS电容
MOS电容就是半导体上覆盖绝缘层（氧化层）和 金属层构成的电容器。
MOSFET的栅源电容（CGS) 由CGSM、CGSN+、CGSP(由 CGS_oxid、CGS_dep串联组成） 并联组成，既：
S C GSN+ C GSM C G S -OXID
G C G D -OXID
S
考虑寄生参数影响的碳化硅MOSFET开关暂态分析模型
（新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学） 北京 102206）
摘要 为了评估回路及封装寄生参数对碳化硅 MOSFET 开关特性的影响，首先建立包括所有 寄生参数的开关暂态等效电路模型，详细分析器件开通和关断整个开关暂态过程。然后，在考虑 实际器件的负压偏置及器件寄生电容的非线性变化的基础上，推导碳化硅 MOSFET 所承受电气应 力（电压过冲、电流过冲）的简化解析式。其次，基于开通和关断过程的小信号等效电路讨论振 荡频率与寄生参数之间的关系。最后，通过对比实验和计算结果，验证了该分析模型的合理性， 且能够反映出寄生参数碳化硅 MOSFET 开关特性的影响规律。
Keywords ： Silicon Carbide MOSFET, electric overstress, oscillation freqபைடு நூலகம்ency, parasitic parameter, analytical model
0 引言
现有硅功率半导体器件性能已接近材料所能承
国家重点研发计划资助项目（2016YFB0400503）。 收稿日期 2016-12-09 改稿日期 2017-03-03
第 33 卷第 8 期
柯俊吉等 考虑寄生参数影响的碳化硅 MOSFET 开关暂态分析模型
1763
开关变换器拓扑中，碳化硅 MOSFET 器件的快速开 关暂态过程使其对寄生参数更加敏感，需要承受更 大的电气应力，恶劣条件下会导致器件失效甚至损 坏。此外，电路分布电感和杂散电容之间的相互作 用还会导致高频振荡，增加开关损耗。
Ke Junji Zhao Zhibin Xie Zongkui Xu Peng Cui Xiang （State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources
MOS管参数详解及驱动电阻选择
MOS管参数解释MOS管介绍在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，一般都要考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等因素。
MOSFET管是FET的一种，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管，所以通常提到的就是这两种。
这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要，并且只在单个的MOS管中存在此二极管，在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。
MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V, 其他电压，看手册）就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。
选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧，几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。
通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。
功率 MOSFET 的反向导通等效电路
（1）：等效电路（门极不加控制）
D
D
G
S
S
D
Vd
S
（2）：说明： 即内部二极管的等效电路，可用一电压降等效，此二极管为 MOSFET 的体二极管， 多数情况下，因其特性很差，要避免使用。
功率 MOSFET 的反向导通等效电路（2）
（1）：D
Rds(on)
S
（2）：说明： 功率 MOSFET 在门级控制下的反向导通，也可用一电阻等效，该电阻与温度有关， 温度升高，该电阻变大；它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电 阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。 此工作状态称为 MOSFET 的同步整流工作，是低压大电流输出开关电源中非常重 要的一种工作状态。
(整理)集成电路设计习题答案1-5章
CH11．按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的发展遵循了一条业界著名的定律，请说出是什么定律？晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。
MOORE定律2．什么是无生产线集成电路设计？列出无生产线集成电路设计的特点和环境。
拥有设计人才和技术，但不拥有生产线。
特点：电路设计，工艺制造，封装分立运行。
环境：IC产业生产能力剩余，人们需要更多的功能芯片设计3．多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？MPW：把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上，然后以步行的方式排列到一到多个晶圆上。
意义：降低成本。
4．集成电路设计需要哪四个方面的知识？系统，电路，工具，工艺方面的知识CH21．为什么硅材料在集成电路技术中起着举足轻重的作用 ?原材料来源丰富，技术成熟，硅基产品价格低廉2．GaAs和InP材料各有哪些特点? P10,11 3．怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？接触区半导体重掺杂可实现欧姆接触，金属与掺杂半导体接触形成肖特基接触4．说出多晶硅在CMOS工艺中的作用。
P13 5．列出你知道的异质半导体材料系统。
GaAs/AlGaAs, InP/ InGaAs, Si/SiGe, 6．SOI材料是怎样形成的，有什么特点?SOI绝缘体上硅，可以通过氧隔离或者晶片粘结技术完成。
特点：电极与衬底之间寄生电容大大减少，器件速度更快，功率更低7. 肖特基接触和欧姆型接触各有什么特点？肖特基接触：阻挡层具有类似PN结的伏安特性。
欧姆型接触：载流子可以容易地利用量子遂穿效应相应自由传输。
8. 简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。
P19,21CH31．写出晶体外延的意义，列出三种外延生长方法，并比较各自的优缺点。
意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。
外延方法:液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长2．写出掩膜在IC制造过程中的作用，比较整版掩膜和单片掩膜的区别，列举三种掩膜的制造方法。
【详解各元器件等效电路】电阻、电容、电感、二极管、MOS管!
【详解各元器件等效电路】电阻、电容、电感、二极管、MOS管！2017-08-30EDN电子技术设计电阻电阻等效电路图1 电阻等效电路电阻的等效阻抗同一个电阻元件在通以直流和交流电时测得的电阻值是不相同的。
在高频交流下，须考虑电阻元件的引线电感L0和分布电容C0的影响，其等效电路如图1所示，图中R为理想电阻。
由图可知此元件在频率f下的等效阻抗为式 1上式中ω＝2πf， R e和X e分别为等效电阻分量和电抗分量，且式 2从上式可知R e除与f有关外，还与L0、C0有关。
这表明当L0、C0不可忽略时，在交流下测此电阻元件的电阻值，得到的将是R e而非R值电感电感等效电路图2 电感等效电路电感的等效阻抗电感元件除电感L外，也总是有损耗电阻R L和分布电容C L。
一般情况下R L和C L的影响很小。
电感元件接于直流并达到稳态时，可视为电阻；若接于低频交流电路则可视为理想电感L和损耗电阻R L的串联；在高频时其等效电路如图2所示。
比较图1和图 2可知二者实际上是相同的，电感元件的高频等效阻抗可参照式 1来确定式 3式中 R e和L e分别为电感元件的等效电阻和等效电感。
从上式知当C L甚小时或R L、C L和ω都不大时，L e才会等于L或接近等于L。
电容电容等效电路图3 电容等效电路电容的等效阻抗在交流下电容元件总有一定介质损耗，此外其引线也有一定电阻R n和分布电感L n，因此电容元件等效电路如图 3所示。
图中C是元件的固有电容，R c是介质损耗的等效电阻。
等效阻抗为式 4式中 R e和C e分别为电容元件的等效电阻和等效电容， 由于一般介质损耗甚小可忽略(即R c→∞)，C e可表示为式 5从上述讨论中可以看出，在交流下测量R、L、C，实际所测的都是等效值R e、L e、C e；由于电阻、电容和电感的实际阻抗随环境以及工作频率的变化而变，因此，在阻抗测量中应尽量按实际工作条件(尤其是工作频率)进行，否则，测得的结果将会有很大的误差，甚至是错误的结果。
MOS管参数详解及驱动电阻选择
MOS管参数解释MOS管介绍在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，一般都要考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等因素。
MOSFET管是FET的一种，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，一般主要应用的为增强型的NMOS管和增强型的PMOS管，所以通常提到的就是这两种。
这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要，并且只在单个的MOS管中存在此二极管，在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。
MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V, 其他电压，看手册）就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。
选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
现在的小功率MOS管导通电阻一般在几毫欧，几十毫欧左右MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。
MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。
通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。
集成电路版图设计基础第六章：寄生参数
intrinsic capacitance (a parallel plate capacitor)
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器件的寄生参数
CMOS晶体管 -
栅电容：
Cgb is necessary to attract charge to invert the channel, so high gate capacitance is required to obtain high Ids. Cgb = Cox * WL = Cpermicron * W Cpermicron = Cox*L = （εs/tox） *Ｌ
school of phye
basics of ic layout design
4
寄生电容
减少寄生电容的方法 - 选择金属层
起主要作用的电容通常是导线与衬底间的电容。 如下图，寄生参数可以把电路1的噪声通过衬底耦合到电路2，所 以要设法使所有的噪声都远离衬底。
school of phye
basics of ic layout design
能否利用寄生参数？
从整体来说，不可以利用寄生参数得到好处。 因为寄生参数可以正负相差50%，无法很好地控制。 然而，可以利用寄生参数得到一点小外快。如把电源线和地线互 相层叠起来就可以得到免费的电源去耦电容。
basics of ic layout design 14
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器件的寄生参数
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6
功率MOSFET不同参数对电源系统的影响
试项目时有失效的风险。 MOSFET 漏源极可承受的最大多 次脉冲能量，该能量如果过小在 做 OCP、OLP、SURGER、耐压等
测试项目时有失效的风险。 （1）dv/dt 反应的是器件承受电 压变化速率的能力，越大越好。 （2）对系统来说，过高的 dv/dt 必然会带来高的电压尖峰，较差 的 EMI 特性，该变化速率可通过
漏源最大单脉 冲电流
栅源电压
单脉冲雪崩能 量
重复雪崩能量
漏源寄生二极 管恢复电压上
升速率
MOSFET 漏源极可承受的单次脉 冲电流强度，该值如果过小，电
源系统在做 OCP 或 OLP 测试 时，有电流击穿的风险。
栅极可承受的最大电压范围，在 任何条件下，必须保证其接入的
电压必须在规格范围内， MOSFET 的栅极也是 MOSFET 最
Continuous drain current (@TC=100oC)
漏源标称电流 值
漏源间可承受的电流值，该值如 果偏小，在设计降额不充裕的系 统中或在测试 OCP、OLP 的过程
中会引起电流击穿的风险。
Drain current pulsed Gate to source voltage Single pulsed avalanche energy Repetitive avalanche energy Peak diode recovery dv/dt
Maximum lead temperature for soldering purpose, 1/8 from case for 5 seconds.
结温及存储温 度
MOSFET 的小信号参数、高频等效电路
4.6.1 MOSFET 的小信号交流参数
1、跨导 gm
gm
I D VGS
|VDS
跨导 代表转移特性曲线的斜率，它反映了栅源电压 VGS 对
漏电流 ID 的控制能力，即反映了 MOSFET 的增益的大小。
非饱和区
ID
VGS
VT
VDS
1 2
gds
ID VDS
|VGS
gds 是输出特性曲线的斜率，也是增量输出电阻 rds 的倒数。
非饱和区 当 VDS 很小时
饱和区
gds VGS VT VDS
gds
VGS VT
1
Ron
（g
）
ds sat
I Dsat VDS
0
以 VGS 为参变量的 gds ~ VDS 特性曲线
实际上，IDsat 随着 VDS 的增加而略微增大，使 ( gds)sat 略大 于 0 。降低 ( gds)sat 的措施与降低有效沟道长度调制效应的措施 是一致的。
输入电流
ig
jCgs
1
jCgs j RgsCgs
1 AV
jCgd vgs
（4-137）
式中，AV = vo/vgs ，代表放大器的电压放大系数。由于 vgs 和 vo 的相位相反，故 AV < 0，( 1 – AV ) > 0。
输出电流
id
1
gms
j RgsCgs
1
AV
jCgd vgs
P 沟道 MOSFET 好；从器件使用角度，则应提高栅源电压 VGS 。
4、寄生参数 MOSFET 的寄生参数有源极串联电阻 RS、漏极串联电阻 RD、
nmos管等效电路
nmos管等效电路摘要：一、前言二、nmos 管简介1.nmos 管结构2.nmos 管工作原理三、nmos 管等效电路的构建1.静态工作点2.输入阻抗3.输出阻抗4.等效电路的简化四、nmos 管等效电路的应用1.电路分析2.设计电路五、结论正文：一、前言mos 管等效电路在电路分析与设计中具有重要意义。
本文将介绍nmos 管的等效电路及其应用。
二、nmos 管简介1.nmos 管结构mos 管是一种场效应晶体管（FET），由n 型半导体、p 型半导体以及金属栅极组成。
nmos 管有源区、源极、漏极和栅极四个端子。
2.nmos 管工作原理mos 管的工作原理是通过栅极电压改变源漏电流的大小。
当栅极电压增加时，源漏电流增大；反之，当栅极电压减小时，源漏电流减小。
三、nmos 管等效电路的构建1.静态工作点为了构建nmos 管的等效电路，首先需要确定静态工作点。
静态工作点是指在无输入信号时，晶体管的电流和电压参数。
2.输入阻抗mos 管的输入阻抗是指在静态工作点下，源极或漏极的输入电压与输入电流之比。
输入阻抗可以通过测量输入电压和输入电流得出。
3.输出阻抗mos 管的输出阻抗是指在静态工作点下，漏极或源极的输出电压与输出电流之比。
输出阻抗可以通过测量输出电压和输出电流得出。
4.等效电路的简化根据输入阻抗和输出阻抗，可以将nmos 管的等效电路简化为一个等效电阻。
等效电阻的值等于输入阻抗与输出阻抗的比值。
四、nmos 管等效电路的应用1.电路分析利用nmos 管等效电路，可以方便地进行电路分析。
例如，在分析放大器电路时，可以将nmos 管等效为一个等效电阻，从而简化电路分析过程。
2.设计电路在设计电路时，可以利用nmos 管等效电路进行仿真和验证。
通过改变等效电阻的值，可以评估电路性能的变化，从而优化电路设计。
五、结论本文介绍了nmos 管等效电路的构建及其在电路分析与设计中的应用。
MOSFET动态参数原理与测试(寄生电容)
MOSFET動態參數介紹及其測試 • 動態參數介紹 • 動態參數測試
寄生電容
MOSFET兩種常見的結構
N溝道增強型MOSFET
N溝道增強型MOSFET
寄生電容
兩個相鄰的金屬導體和他們之間的絕緣層材料之間就構成 一個簡單的電容—寄生電容。
對共源級電路來說， Ciss ： 輸入電容。 Ciss= CGD + CGS Coss ： 輸出電容。 Coss = CDS +CGD Crss ： 反向傳輸電容。 Crss = CGD
gm
ΔI D ΔUGS
UDS 常数
gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用，是柵源電壓對漏極電流控
制能力大小的量度。在轉移特性曲線上， gm為的曲線的斜率；在輸出特性曲線 上也可求出gm 。
i D (mA)
4
3
2
△ iD
1
uGS=6V
=5V
△ uGS
=3V
10V
i D (mA)
4
3
2
1
u
DS
(V)
2. 驅動損耗
MOSFET需要在Gate加電壓才能導通。從Gate端看進去有一等效的輸入電容 Ciss。Gate加電壓等效對此電容充電，在MOSFET要OFF時等效對此電容放 電。交換式電源不斷的ON-OFF使Gate端不斷的充放電造成的損耗稱為驅動 損耗。
3. 開關延遲
為了“灌滿”寄生電容需要時間，就會產生上升沿變緩。對於MOSFET 的 柵極驅動波形中如果出現比較明顯的密勒平臺，將會嚴重影響開關 速度。
輸入電容：Cgs（g、s兩端的寄生電容）和Cgd共同稱 為MOS的輸入電容。 密勒電容：在共源組態中，柵極與漏極之間的覆蓋電 容Cdg
mos在运行中的等效电路
mos在运行中的等效电路
MOS在运行中的等效电路是指将MOS管的实际电路抽象成等效电路，以便分析MOS管的运行特性。
MOS管等效电路包含两个主要部分：输入电路和输出电路。
MOS输入电路的等效电路可以看作是一个电容和一个电阻串联的RC电路。
电容主要是由MOS栅极和衬底之间的氧化层构成，而电阻则是由MOS栅极和衬底之间的电导率决定的。
当输入信号施加在MOS栅极上时，电容会存储电荷，而电阻则会限制电荷的流动。
因此，输入电路的等效电路可以用一个简单的RC电路来表示。
MOS输出电路的等效电路可以看作是一个电容和一个开关组成的电路。
开关由MOS漏极和源极之间的通道构成，当MOS管的栅极电压高于门限电压时，通道会打开，输出电路就会产生电压。
而当MOS管的栅极电压低于门限电压时，通道就会关闭，输出电路就会断开。
因此，输出电路的等效电路可以用一个简单的电容和开关电路来表示。
在分析MOS管的运行特性时，可以将实际电路简化为等效电路，以便更好地理解和预测其性能。
- 1 -。