MOS结电容（下）MOS的结电容应用特性分解

整体思路

我们需要先将结电容与关断波形联系起来。三个结电容的容值是Vds电压的函数，同时，电压Vds的变化（dv/dt）又与结电容相关。在一定的时间里，两者的变化是相互耦合的，那么有什么物理量 去量化一个特定器件的关断特性呢 ？

高中物理知识告诉我们答案： 电荷量 。

考虑单独一个结电容的电荷变化即可。电容随时间变化，电压也随时间变化，但本质上在器件内部最具有物理意义的变化量是电荷量Q，它反映了在特定条件下，器件耗尽层中载流子的变化规律，同时也和宏观上的电流对应起来。

基于这种原因，我们可以对上述公式对时间t进行微分处理

我们知道，电荷对时间的导数就是电流。也就是说，在器件的开关过程中，流经结电容的电流可以分为两个部分：一部分用于改变结电容的容值大小，另一部分用于形成动态的电压变化。

如下图是一个MOS的关断波形。在A阶段，DS电压相对较低（例如0-30V），此时流经结电容的电流主要是在改变结电容的大小，而在B阶段，结电容随电压变化很小了，电流主要用于产生正向的dv/dt，让DS电压上升，形成关断。

因此，关注器件的开关特性，一定要同时关注结电容和电荷。一般datasheet会给出某一个具体条件下的上升下降时间，这个时间只能粗略地反映开关速度，在实际的应用中，结电容随电压的变化曲线和Qg曲线才能帮你最全面地认识这个器件的开关特性。

具体实例1 --区分感性负载和阻性负载

我们探讨过硬开关的过程，具体是以感性换流为例说明的。的确，电力电子的大部分应用领域，硬开关都是基于感性换流的，也就是说，常见的负载形式都是带二极管钳位的感性负载。但在一些场合，阻性负载也是存在的。

所谓阻性负载，就是指直接用器件控制电阻负载的接入与断开。下图是感性负载与阻性负载的模型示意图。

现在假设这两个电路具有相同的输入电压和相同的关断电流，那么这两种模型的关断过程会有哪些异同呢？

请看下面两张图，如果单独只看Vds的电压，你能分清哪一张是感性负载的关断波形吗？

答案：红色的波形是感性负载波形。

从Vds的波形看，红色的波形Vds电压快要达到母线电压的时候，其dv/dt的变化是相对缓慢的，因为这一段对应着上管（无论是续流二极管还是MOS）的Vds电压逐渐降至零，其寄生电容容值在低压段显著变大，而阻性负载是没有这种可变电容结构的。

举这个例子，是想向大家说明，器件的开关波形并非双脉冲测试给出的那样一成不变的。如果把教科书上的波形奉为圭臬，就很容易形成思维定势，陷入误区耽误项目进度。

具体实例2 --如何根据Datasheet进行开关器件的开关动态仿真？

需要准备的工具：

读点软件，Excel，Simplis仿真软件。

具体方法：

第一步：读取需要仿真的开关器件的电容曲线。

网上可以找到很多读点软件，这里我们就不详细讲解操作方法了。通过读点，我们可以得到电容容值与Vds的关系。

第二步：将得到的点导入到Excel，近似转换成Vds与电荷量的关系。

以Coss为例，我们得到了Coss的电荷量Qoss与Vds电压的关系，同样的方法可以得到Qiss和Qrss。Qoss，Qiss分别与Qrss作差，就可以得到实际的结电容Cds，Cgs的电荷随Vds的关系了，这种关系是可以导入到下一步的仿真模型里面的。

第三步：Simplis变电容MOS模型的建立

在Simplis仿真软件中的Place 工具栏可以找到 Simplis Primitives选项，其中就有可变电容模型PWL Capacitor。可变电容模型再结合Voltage Controlled Switch 模型，可以组合搭建出变电容MOS模型如下图。

其中，C1,C2,C3分别是MOS的Cds,Cgs，Cgd三个电容。

例如为了导入C1的电容电荷曲线，只需双击C1，把第二步中的电荷电压关系表格复制到编辑框中的表格区域即可。这样Cds的模型就建立了，另外Cgs，Cgd电容同理。

第四步：电路系统的搭建及仿真

结合自己需要仿真的电路类型，熟悉Simplis基本操作，自行搭建即可，这里我们就不具体引用了。