mosfet开关过程简介-尊龙凯时手机版

mosfet在开关电源、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用，那么mosfet开关过程是怎样的呢？本文将做简单介绍，帮助大家理解mosfet的开通和关断的过程，然后从漏极导通特性、也就是放大特性曲线，来理解其开通关断的过程，以及mosfet在开关过程中所处的状态。

1、mosfet栅极电荷特性与开关过程

基于栅极电荷的mosfet的开通过程，d和s极加电压为vdd，当开通脉冲加到的g和s极时，输入电容ciss充电，g和s极电压vgs线性上升到达阈值电压vth，vgs上升到vth之前漏极电流非常小，id ≈0a，几乎没有漏极电流流过，同时vds的电压保持vdd不变。

vgs到达vth时，漏极开始流过电流，vgs继续上升，id也逐渐上升，vds仍然保持vdd。vgs到达米勒平台电压vgs(pl)时，id电流也上升到负载电流最大值id(max)，vds电压开始从vdd下降。米勒平台期间，id电流维持id(max)，vds电压不断降低。

米勒平台结束时刻，id电流仍然维持id(max)，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(max)，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= id(max) × 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。

对于上述的过程，理解难点在于：

(1) 在米勒平台区，vgs的电压为什么保持恒定？

(2) 为什么在驱动电路仍然对栅极提供驱动电流、仍然对栅极电容充电的情况下，栅极的电压不上升？

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解mosfet开通过程。

2、mosfet漏极导通特性与开关过程 

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管使用栅极电压、漏极电流和跨导。

当mosfet工作在线性区(恒流区)时mosfet具有信号放大功能，栅极的电压和漏极的电流基于其跨导保持一定的约束关系。栅极的电压和漏极的电流的关系就是mosfet的转移特性。?其中，μn为反型层中电子的迁移率，cox为氧化物介电常数与氧化物厚度比值，w和l分别为沟道宽度和长度。

功率mosfet输出特征，三极管有三个工作区：截止区、放大区和饱和区，也就是功率mosfet可以工作在三个区：关断区、线性区(恒流区)和可变电阻区。线性区(恒流区)相当于三极管的放大区，有时候也称为放大区；可变电阻区相当于三极管的饱和区，在这个区域mosfet基本上完全导通。 

当驱动开通脉冲加到mosfet的g和s极时，vgs的电压逐渐升高。

（1）截止区

以4n60为例，开通前mosfet起始工作点位于图3的右下角a点以下， vdd电压为48v，vgs的电压逐渐升高，id电流为0，vgs的电压从0上升到vth，id电流从0开始逐渐增大。

（2）动态恒流区（线性区）

动态恒流区（线性区）就是vgs电压从vth增加到米勒平台电压vgs(pl)的区间，从这个过程可以非常直观的发现：mosfet工作在恒流区，因为vgs的电压在变化，这个过程是一个动态恒流的过程，也就是vgs电压和id电流自动找平衡的动态过程。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gfs：

gfs= did / dvgs

跨导gfs可以在mosfet数据表中查到。

在这个过程中，vds电压保持不变（a-b垂直横轴），vgd的电压为vgs-vds，为负压，就是d的电压高于g。当id电流达到负载的最大允许电流id(max)时，，mosfet进入下一个工作区：米勒平台区。

（3）米勒平台区

随着vds开始下降，vgd负电压绝对值也开始下降，只要d极电压开始变化，就会产生非常大的dv/dt，通过电容crss，产生的电流为：

icrss= crss×dv/dt

这个电流足够大，可以将驱动电路能够提供的电流都抽取过去，驱动电路的电流几乎全部流过crss（cgd），以扫除crss电容（米勒电容）存储的电荷，这样cgd电容几乎没有电流流过，栅极电压也就基本维持不变，可以看到vgs在一段时间b-c内维持一个平台电压，，这就是米勒平台区。

在这个工作区，栅级对应的米勒平台电压，由系统的最大电流id(max)和mosfet的vth、跨导来决定，满足上面的公式。

随着vds电压不断的降低，vgd的电压绝对值也不断的降低，在b-c的中间某一时刻，vgd的电压由负变为0，然后开始正向增加。当vds电压降低到最低值时，米勒电容的电荷基本上被全部扫除。在米勒平台区，vgs电压不是绝对的保持不变，而是应该有非常小、非常小的上升幅度，这样的幅度可以忽略，因此基本上认定其电压保持不变，mosfet在一段稳定的时间内，处于相对稳定的恒流区，工作于放大状态。

（4）可变电阻区

在变电阻区，cgs、cgd电压相等都为米勒平台电压，vds电压不再变化，即：d极电压基本上保持恒定不变，那么cgd就不再有dv/dt产生的抽取电流，因此驱动电路又开始同时对cgs cgd充电，vgs电压从米勒平台电压开始增加，直到达到驱动电压的最大值。这个过程中，mosfet导通压降稍有降低，降低到最小值，基本上变化不大，导通压降为id的电流和导通电阻的乘积，这也是完全导通区。

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（放大区）和可变电阻区的过程。恒流区有动态恒流区、一段稳定时间的米勒平台恒流区，此时mosfet均工作于放大状态，这也可以理解：mosfet在开关过程中，跨越恒流区（放大区），是mosfet产生开关损耗的直接原因。