深入淺出帶你搞懂-MOSFET柵極電阻

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一、MOSFET簡(jiǎn)介

MOSFET是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導(dǎo)體（semiconductor）場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于電壓控制電流型元件，是開(kāi)關(guān)電路中的基本元件，其柵極（G極）內(nèi)阻極高。以N溝道增強(qiáng)型為例，其結(jié)構(gòu)為在一塊濃度較低的P型硅上擴(kuò)散兩個(gè)濃度較高的N型區(qū)作為漏極和源極，半導(dǎo)體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個(gè)電極作為柵極。



由于mos管本身的結(jié)構(gòu)，使得源極和漏極之間會(huì)存在一個(gè)寄生二極管，其方向的判斷方法是，NMOS從源極指向漏極，PMOS反之。寄生二極管能夠防止VDD過(guò)大時(shí)擊穿MOS管（寄生二極管會(huì)率先擊穿從而把大電壓短路到地），也可以防止DS反接。

二、MOS的寄生電容

本次我們不談?wù)摷纳�電容如何產(chǎn)生，米勒效應(yīng)及米勒平臺(tái)到底對(duì)電路有什么影響，只需知道MOSFET的寄生電容主要包括柵源電容（Cgs）、柵漏電容（Cgd）以及漏源電容（Cds）。


其中，我們最關(guān)心的是柵源極之間的寄生電容Cgs，它會(huì)影響開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)MOSFET工作時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電流會(huì)為Cgs充電，充滿(mǎn)Cgs越快，我們也就能越快的打開(kāi)MOSFET。結(jié)合實(shí)際電路圖來(lái)看：

MOS外圍還有兩個(gè)電阻，分別是柵極串聯(lián)電阻R1，并聯(lián)在柵源極之間的Rgs。其中Rgs的作用是釋放柵源極之間的電壓，由于Cgs的存在，少量的靜電就可以在GS之間產(chǎn)生巨大的電壓，為了保護(hù)MOS管，因此一般會(huì)在GS之間并聯(lián)Rgs。而本次要說(shuō)的重點(diǎn)是柵極串聯(lián)電阻的作用及：

除了寄生電容外，在實(shí)際應(yīng)用中由于PCB布局、走線(xiàn)及MOS內(nèi)部原因，會(huì)產(chǎn)生寄生電感。寄生電感與Cgs會(huì)形成一個(gè)LC震蕩電路，在柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的影響下會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的震蕩，因此串聯(lián)一個(gè)電阻使之衰減。

寄生電容和寄生電感會(huì)儲(chǔ)存能量，串聯(lián)的電阻可以使得能量不在內(nèi)部消耗，而作用于MOSFET。

柵極電阻能夠影響開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。如果柵極電阻太大，那么開(kāi)關(guān)速度會(huì)降低。如果柵極電阻太小，那么快速的開(kāi)關(guān)速度會(huì)產(chǎn)生很大的電流電壓變化率，也就意味著強(qiáng)烈的干擾。
以下為曾做過(guò)的不同柵極串聯(lián)電阻下MOSFET的輸出波形圖（MOS為IRF540、頻率420KHz）：
柵極串聯(lián)0Ω電阻：

柵極串聯(lián)5Ω電阻：

柵極串聯(lián)10Ω電阻：

柵極串聯(lián)15Ω電阻：

從圖上可以看出串聯(lián)電阻確實(shí)對(duì)波形有很大影響，選取電阻值較小時(shí)，輸出電壓有明顯的高頻震蕩，而如何確定出合適的阻值，一般是根據(jù)管子的電流容量和電壓額定值以及開(kāi)關(guān)頻率來(lái)選取的。當(dāng)然我們也可以運(yùn)用仿真軟件如PSpice、Multisim、Simulink……來(lái)對(duì)電路進(jìn)行仿真，初步選取一個(gè)較為適合的柵極串聯(lián)電阻，本次則不再進(jìn)行仿真演示。

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