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1、基于漏极导通区特性理解基于漏极导通区特性理解 MOSFETMOSFET 开关过程开关过程本文先介绍了基于功率 MOSFET 的栅极电荷特性的开关过程；然后介绍了一种更直观明析的理解功率 MOSFET 开关过程的方法：基于功率 MOSFET 的导通区特性的开关过程，并详细阐述了其开关过程。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 漏极的电流和栅极电压以跨导为正比例系列，线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率 MOSFET漏极减小到额定的值。MOSFET 的栅极电荷特性与开关过程尽管 MOSFET 在开关电源
2、、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用，但是许多电子工程师并没有十分清楚的理解 MOSFET 开关过程，以及 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 的开通的过程，如图 1 所示。此图在 MOSFET 数据表中可以查到。图 1 AOT460 栅极电荷特性MOSFET 的 D 和 S 极加电压为 VDD，当驱动开通脉冲加到 MOSFET 的 G 和 S 极时，输入电容 Ciss 充电，G 和 S 极电压 Vgs 线性上升并到达门槛电压 VGS(th)，Vgs 上升到 VGS(th)之前漏极电流 Id0A，没有漏极电流流过，Vds 的电压保持
3、 VDD 不变。当 Vgs 到达 VGS(th)时，漏极开始流过电流 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 也上升到负载电流最大值 ID，Vds 的电压开始从 VDD 下降。米勒平台期间，Id 电流维持 ID，Vds 电压不断降低。米勒平台结束时刻，Id 电流仍然维持 ID，Vds 电压降低到一个较低的值。米勒平台结束后，Id 电流仍然维持 ID，Vds 电压继续降低，但此时降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后稳定在 Vds=IdRds(on)。因此通常可以认为米勒平台结束后 MOSFET 基本上已经
4、导通。对于上述的过程，理解难点在于为什么在米勒平台区，Vgs 的电压恒定？驱动电路仍然对栅极提供驱动电流，仍然对栅极电容充电，为什么栅极的电压不上升？而且栅极电荷特性对于形象的理解 MOSFET 的开通过程并不直观。因此，下面将基于漏极导通特性理解 MOSFET 开通过程。MOSFET 的漏极导通特性与开关过程MOSFET 的漏极导通特性如图 2 所示。MOSFET 与三极管一样，当 MOSFET 应用于放大电路时，通常要使用此曲线研究其放大特性。只是三极管使用的基极电流、集电极电流和放大倍数，而 MOSFET 使用栅极电压、漏极电流和跨导。图 2 AOT460 的漏极导通特性三极管有三个工作
5、区：截止区、放大区和饱和区，MOSFET 对应是关断区、恒流区和可变电阻区。注意：MOSFET 恒流区有时也称饱和区或放大区。当驱动开通脉冲加到 MOSFET 的 G 和 S 极时，Vgs 的电压逐渐升高时，MOSFET 的开通轨迹 A-B-C-D 如图 3 中的路线所示。图 3 AOT460 的开通轨迹开通前，MOSFET 起始工作点位于图 3 的右下角 A 点，AOT460 的 VDD 电压为 48V，Vgs 的电压逐渐升高，Id 电流为 0，Vgs 的电压达到 VGS(th)，Id 电流从 0 开始逐渐增大。A-B 就是 Vgs 的电压从 VGS(th)增加到 VGS(pl)的过程。从
6、A 到 B 点的过程中，可以非常直观的发现，此过程工作于 MOSFET 的恒流区，也就是 Vgs 电压和 Id 电流自动找平衡的过程，即 Vgs 电压的变化伴随着 Id 电流相应的变化，其变化关系就是 MOSFET 的跨导：，跨导可以在 MOSFET 数据表中查到。当 Id 电流达到负载的最大允许电流 ID 时，此时对应的栅级电压。由于此时 Id 电流恒定，因此栅极 Vgs 电压也恒定不变，见图 3 中的 B-C，此时 MOSFET 处于相对稳定的恒流区，工作于放大器的状态。开通前，Vgd 的电压为 Vgs-Vds，为负压，进入米勒平台，Vgd 的负电压绝对值不断下降，过 0 后转为正电压。驱
7、动电路的电流绝大部分流过 CGD，以扫除米勒电容的电荷，因此栅极的电压基本维持不变。Vds 电压降低到很低的值后，米勒电容的电荷基本上被扫除，即图 3 中的 C 点，于是，栅极的电压在驱动电流的充电下又开始升高，如图 3 中的 C-D，使 MOSFET 进一步完全导通。C-D 为可变电阻区，相应的 Vgs 电压对应着一定的 Vds 电压。Vgs 电压达到最大值，Vds电压达到最小值，由于 Id 电流为 ID 恒定，因此 Vds 的电压即为 ID 和 MOSFET 的导通电阻的乘积。结论基于 MOSFET 的漏极导通特性曲线可以直观的理解 MOSFET 开通时，跨越关断区、恒流区和可变电阻区的过程。米勒平台即为恒流区，MOSFET 工作于放大状态，Id 电流为 Vgs电压和跨导乘积。
