基于漏极导通区特性来理解MOSFET的开关过程

摘要：本文首先介绍了基于功率的 MOSFET 栅极电荷特性的开关过程；然后介绍了更直观的理解功率 MOSFET 开关过程方法：基于功率 MOSFET 导通区特性的开关过程详细说明了其开关过程。开关过程中，功率 MOSFET动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时，功率MOSFET 泄漏电流和栅极电压以跨导为正比系列，线性增加。米勒平台区对应最大负载电流。可变电阻区功率 MOSFET 漏极减少到额定值。

MOSFET

尽管 MOSFET 广泛应用于一些电子系统，如开关电源和电机控制，但许多电子工程师对 没有很清楚的理解MOSFET 开关过程和 MOSFET 在开关过程中所处的状态。一般来说，电子工程师通常基于栅极电荷理解 MOSFET 的开启过程如图 1 所示。这张图在 MOSFET 可以在数据表中找到。

MOSFET的D和S极加电压为VDD，当驱动器打开脉冲时添加MOSFET的G和S极时，输入电容器Ciss充电，G和S极电压Vgs线性上升，达到门槛电压VGS(th)，Vgs上升到VGS(th)以前漏极电流Id ≈0A，没有漏极电流，Vds的电压保持VDD不变。

当Vgs到达VGS(th)当漏极开始流过电流时Id，然后Vgs继续上升，Id也逐渐上升，Vds仍然保持VDD。当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时，Id也上升到负载电流的最大值ID，Vds电压从VDD下降。

米勒平台期间，Id电流维持ID，Vds电压在下降。

米勒平台结束时刻，Id电流仍在维持ID，Vds电压降低到较低值。米勒平台结束后，Id电流仍在维持ID，Vds电压继续下降，但此时下降的斜率很小，所以下降幅度也很小，最终稳定Vds = Id × Rds(on)。因此，通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通了。

理解上述过程的难点在于为什么在米勒平台区，Vgs电压恒定驱动电路仍然为栅极提供驱动电流，并且仍然为栅极电容充电。为什么栅极的电压不上升？此外，栅极的电荷特性理解图像MOSFET开放过程不直观。因此，以下是基于漏极导通特性的解决方案MOSFET开通过程。

MOSFET漏极导通性 与开关过程

MOSFET 漏极的导通性如图 2 所示。MOSFET 和三极管一样，当 MOSFET 用于放大电路时，通常用这条曲线来研究其放大特性。只有三极管使用的基极电流、集电极电流和放大倍数， MOSFET 管道采用栅极电压、漏极电流和跨导。

三极管有三个工作区：截止区，放大区和饱和区，而 MOSFET 对应于关闭区、恒流区和可变电阻区。MOSFET 恒流区有时也被称为饱和区或放大区。当驱动脉冲向 添加时MOSFET 的 G 和 S 极时，Vgs当电压逐渐升高时，MOSFET 开通轨迹 A-B-C-D 见图 3路线所示。

开通前，MOSFET 起点位于图 3 右下角 A 点，AOT460 的 VDD电压为 48V，Vgs电压逐渐升高，Id电流为 0，Vgs的电压到 VGS(th)，Id电流从 0 逐渐增加。

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A-B 就是 Vgs的电压从 VGS(th 增加到 VGS(pl)过程A 到 B 点的过程中，可以直观地发现这个过程工作在 MOSFET 恒流区，即 Vgs电压和 Id自动平衡电流的过程，即：Vgs电压的变化伴随着 Id电流的变化关系是 MOSFET 的跨导：

，

跨导可以在 MOSFET 在数据表中找到

。

当 Id电流达到负载的最大允许电流 ID此时，相应的栅级电压。因为这个时候 Id电流恒定，所以栅极 Vgs电压也是恒定的，见图 3 中的 B-C，此时 MOSFET 在相对稳定的恒流区域工作放大器。

开通前，Vgd的电压为 Vgs-Vds，进入米勒平台进行负压，Vgd负电压绝对值不断下降，过 0 后变为正电压。驱动电路的大部分电流流过 CGD，为了清除米勒电容的电荷，栅极的电压基本保持不变。Vds当电压降低到非常低的值时，米勒电容的电荷基本上被清除，即图片 3中的 C 点，因此，在驱动电流的充电下，栅极的电压又开始上升，见图 3 中的 C-D，使 MOSFET进一步完全导通。

C-D 是可变电阻区，对应 Vgs电压对应一定的 Vds电压。Vgs电压达到最大值，Vds由于 Id电流为 ID因此 Vds电压为 ID和 MOSFET 导电阻乘积。

结论

基于 MOSFET 的漏极导通对特征曲线的直观理解 MOSFET 开通时，跨越关闭区、恒流区和可变电阻区的过程。米勒平台是恒流区，MOSFET 在放大状态下工作，Id电流为 Vgs电压和跨导乘积。