金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）是現代電子電路中不可或缺的元件，廣泛應用於數位電路、模擬電路和功率電子領域。MOSFET 具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性，使其在放大和開關應用中非常有用。然而，MOSFET 的寄生電容對其效率有顯著影響。本文將深入探討 MOSFET 寄生電容的來源、其對電路性能的影響及改善方法。
MOSFET 寄生電容的來源
MOSFET 的寄生電容主要來自於元件結構中的三個區域：
- 閘極-源極電容（Cgs）：閘極和源極之間的電容。
- 閘極-汲極電容（Cgd）：閘極和汲極之間的電容，這是導致 Miller 效應的主要因素。
- 汲極-源極電容（Cds）：汲極和源極之間的電容。
這些寄生電容在 MOSFET 的操作過程中會影響其性能，特別是在高速開關和高頻操作中。
寄生電容對 MOSFET 性能的影響
1. 開關速度
寄生電容對 MOSFET 開關速度的影響是最顯著的。當 MOSFET 作為開關使用時，必須在閘極施加適當的電壓來使其導通或關閉。在這一過程中，寄生電容需要充電和放電，這會影響開關速度。
上升時間和下降時間：開關的上升時間和下降時間受到寄生電容的影響。較大的寄生電容會導致充電和放電過程變慢，從而增加開關的上升時間和下降時間。
開關損耗：由於寄生電容的存在，每次開關過程中都需要消耗能量來充電和放電，這會導致開關損耗增加，從而降低效率。
2. 功率損耗
寄生電容會導致 MOSFET 的功率損耗增加，主要包括以下幾個方面：
導通損耗：當 MOSFET 開啟時，寄生電容需要維持一定的電荷，這會增加導通損耗。以下是導通損耗計算:
Conduction Loss : PD=RDS x ID^2
開關損耗：在 MOSFET 的每次開關過程中，寄生電容的充電和放電會導致開關損耗增加。特別是在高頻應用中，這種損耗會更加顯著。以下是開關損耗計算:
Switching Loss: Psw = ½ (VD x ID ) *(Tswon + Tswoff )* Fsw
3. EMI電磁干擾
寄生電容會影響 MOSFET 的開關特性，從而導致電路產生電磁干擾（EMI）。高頻開關過程中的快速電壓變化會通過寄生電容耦合到其他電路，造成干擾和信號失真。
結論
MOSFET 的寄生電容對其效率有顯著影響，特別是在高速開關和高頻操作中。寄生電容會導致開關速度減慢、功率損耗增加和電磁干擾。在設計電路時，應考慮減少寄生電容的影響，選擇低寄生電容的 MOSFET，使用驅動電路和優化電路設計。通過採取這些措施，可以提高 MOSFET 的效率，從而提高整個電路的性能和穩定性。
Q&A:
1.線路上有辦法改善寄生電容的影響嗎?
ANS: 可以增加驅動電路，驅動電路可以提高 MOSFET 的開關速度。高驅動能力的驅動電路能夠快速充電和放電寄生電容，從而減少開關損耗和提高效率。
2.PCB能優化或減少寄生電容的影響?
ANS: 減少 PCB 上的走線長度和面積，使用適當的過孔設計，減少寄生電容的產生。
3.寄生電容產生的EMI干擾有辦法改善?
ANS: 為了減少 EMI，可以使用屏蔽技術來隔離高頻干擾源，減少寄生電容對電路的干擾。
4.如何直接改善寄生電容影響?
ANS: 在設計電路時，可以選擇具有較低寄生電容的 MOSFET 元件。現代技術已經能夠製造出低寄生電容的 MOSFET，以減少對開關速度和功率損耗的影響。
5.如何改善Cgd產生的Miller 效應?
ANS: 通過減小Gate電阻加快對Cgs充放電，Cgs 小則放電越快，MOS 開關速度就越快，便可改善Miller 效應。