既然MOSFET柵-源阻抗非常大，為什么設(shè)計驅(qū)動MOS電路的柵極電流還要大？1200字說清楚

Part 01

前言

三極管是流控型器件，通過電流控制三極管的工作區(qū)，而MOSFET與之相對是壓控型器件，柵-源阻抗非常大，我們一般認為MOSFET柵-源工作電流可以忽略，那既然MOSFET是壓控型器件，為什么設(shè)計MOFET驅(qū)動電路時，柵極驅(qū)動電流要大呢？ 要想回答上面的問題，就不得不聊聊MOSFET中的米勒平臺電壓，也就是Miller Plateau Voltage，它是指在MOSFET開關(guān)過程中，由于MOSFET寄生電容的米勒效應(yīng)，MOSFET的柵極-源極電壓 (VGS) 會保持在一個固定電壓水平的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與MOSFET的寄生電容、以及驅(qū)動電路密切相關(guān)。

Part 02

米勒效應(yīng)的基本原理

MOSFET的寄生電容包括柵極-漏極電容 (Cgd) 和柵極-源極電容 (Cgs)。雖然柵源電容很重要，但柵漏電容實際上更重要。并且更難以處理，因為它是一個隨電壓變化的非線性電容。其中，Cgd是導致米勒效應(yīng)的主要因素。當MOSFET開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，漏極電壓 (VDV) 會發(fā)生大幅度的變化，Cgd的存在導致柵極需要提供更多的電荷或移除更多的電荷來應(yīng)對這種變化。

1.開通過程:

t1:gs電容開始充電，gs電壓開始抬升，電壓達到Vth之前，沒有電流流過D。柵極驅(qū)動電壓 (VGS) 逐漸上升并達到閾值電壓 (Vth) 。

t2:當柵極驅(qū)動電壓 (VGS) 超過MOSFET的閾值電壓 (Vth) 后，Cgs繼續(xù)充電，Vgs繼續(xù)抬升，Ids電流成比例增大，在此階段由于Rds較大，所以雖然Cgd也能通過G->D->S進行充電，但是電流較小，可以忽略.

t3:之后drain電流達到Id，Vd電壓不再和VDD保持一致，并開始下降，Id不再發(fā)生變化，此時Vg電壓也不再變化，此時Ig電流基本都用于給Cdg充電。在此過程中，漏極電壓 (VDV) 開始下降，導致Cgd兩端的電壓變化，從而引發(fā)米勒效應(yīng)。由于柵極電流 (IG) 的一部分用于驅(qū)動Cgd，VGS會暫時停止增加，形成“米勒平臺”。

t4:Vd電壓降低為：Id*Rds(on)，MOS開始進入飽和區(qū)，此時Vd不再受傳輸特性限制（與Id有關(guān)），并開始自由增加。到達t4時間點，Vg電壓達到gate電流源電壓。在此階段，Vgs正比于Q=I*t(I恒定，由恒流源提供)，t3之后的充電不是用于MOS開關(guān)的充電，簡單來說就是過充，是由驅(qū)動電路導致的，這是由于Vgate的驅(qū)動電壓一般會高于完成MOS由關(guān)到開的切換所需最小電壓。

2.關(guān)斷過程:

在關(guān)斷時，漏極電壓 (VDV) 開始從低電位上升到高電位，同樣引發(fā)米勒效應(yīng)。

柵極電壓 (VGS) 在米勒平臺電壓附近保持穩(wěn)定，直到漏極電壓變化完成。

Part 03

總結(jié)

通過上面的分析，我們發(fā)現(xiàn)米勒平臺的持續(xù)時間有很多影響，米勒平臺形成的根本原因是MOSFET的寄生電容導致的，而電容的電荷Q=I*t，在Q一定的情況下，I越大，t就越小，這個I就是MOSFET的柵極驅(qū)動電流。 所以米勒平臺的持續(xù)時間取決于柵極驅(qū)動電流和寄生電容的值。驅(qū)動電流越大，平臺持續(xù)時間越短。所以我們可以通過選擇合適的柵極驅(qū)動器，提供足夠的電流以快速跨越米勒平臺，米勒平臺期間的開關(guān)損耗是總損耗的重要組成部分，特別是在高頻開關(guān)應(yīng)用中減少米勒平臺持續(xù)時間，來減小MOSFET的開關(guān)損耗。這也是為什么MOSFET明明是壓控型器件，倒是我們還是設(shè)計MOSFET驅(qū)動電路時還是要追求柵極驅(qū)動電路要大的原因。

并且米勒效應(yīng)引起的漏極電壓變化可能導致電磁干擾（EMI）問題。在設(shè)計中可以通過緩沖電路或柵極電阻優(yōu)化開關(guān)波形，所以如果你發(fā)現(xiàn)你的MOSFET柵極波形有振蕩，就需要考慮了。

審核編輯 黃宇