基于漏極導通區特性來(lái)理解MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程

　　MOSFET 的柵極電荷特性與開(kāi)關(guān)過(guò)程

　　盡管 MOSFET 在開(kāi)關(guān)電源、電機控制等一些電子系統中得到廣泛的應用，但是許多電子工程師并沒(méi)有十分清楚的理解 MOSFET 開(kāi)關(guān)過(guò)程，以及 MOSFET 在開(kāi)關(guān)過(guò)程中所處的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，電子工程師通?；跂艠O電荷理解 MOSFET 的開(kāi)通的過(guò)程，如圖 1 所示。此圖在 MOSFET 數據表中可以查到。

　　MOSFET的D和S極加電壓為VDD，當驅動(dòng)開(kāi)通脈沖加到MOSFET的G和S極時(shí)，輸入電容Ciss充電，G和S極電壓Vgs線(xiàn)性上升并到達門(mén)檻電壓VGS(th)，Vgs上升到VGS(th)之前漏極電流Id ≈0A，沒(méi)有漏極電流流過(guò)，Vds的電壓保持VDD不變。

　　當Vgs到達VGS(th)時(shí)，漏極開(kāi)始流過(guò)電流Id，然后Vgs繼續上升，Id也逐漸上升，Vds仍然保持VDD。當Vgs到達米勒平臺電壓VGS(pl)時(shí)，Id也上升到負載電流最大值ID，Vds的電壓開(kāi)始從VDD下降。

　　米勒平臺期間，Id電流維持ID，Vds電壓不斷降低。

　　米勒平臺結束時(shí)刻，Id電流仍然維持ID，Vds電壓降低到一個(gè)較低的值。米勒平臺結束后，Id電流仍然維持ID，Vds電壓繼續降低，但此時(shí)降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后穩定在Vds = Id × Rds(on)。因此通?？梢哉J為米勒平臺結束后MOSFET基本上已經(jīng)導通。

　　對于上述的過(guò)程，理解難點(diǎn)在于為什么在米勒平臺區，Vgs的電壓恒定?驅動(dòng)電路仍然對柵極提供驅動(dòng)電流，仍然對柵極電容充電，為什么柵極的電壓不上升?而且柵極電荷特性對于形象的理解MOSFET的開(kāi)通過(guò)程并不直觀(guān)。因此，下面將基于漏極導通特性解MOSFET開(kāi)通過(guò)程。

　　MOSFET的漏極導通特性 與開(kāi)關(guān)過(guò)程

　　MOSFET 的漏極導通特性如圖 2 所示。MOSFET 與三極管一樣，當 MOSFET 應用于放大電路時(shí)，通常要使用此曲線(xiàn)研究其放大特性。只是三極管使用的基極電流，集電極電流和放大倍數，而 MOSFET 管使用柵極電壓，漏極電流和跨導。

　　三極管有三個(gè)工作區：截止區，放大區和飽和區，而 MOSFET 對應是是關(guān)斷區，恒流區和可變電阻區。注意到：MOSFET 恒流區有時(shí)也稱(chēng)飽和區或放大區。當驅動(dòng)開(kāi)通脈沖加到 MOSFET 的 G 和 S 極時(shí)，Vgs的電壓逐漸升高時(shí)，MOSFET 的開(kāi)通軌跡 A-B-C-D 見(jiàn)圖 3的路線(xiàn)所示。

　　開(kāi)通前，MOSFET 起始工作點(diǎn)位于圖 3 的右下角 A 點(diǎn)，AOT460 的 VDD電壓為 48V，Vgs的電壓逐漸升高，Id電流為 0，Vgs的電壓到 VGS(th)，Id電流從 0 開(kāi)始逐漸增大。

　　A-B 就是 Vgs的電壓從 VGS(th 增加到 VGS(pl)的過(guò)程。從 A 到 B 點(diǎn)的過(guò)程中，可以在非常直觀(guān)的發(fā)現，此過(guò)程工作于 MOSFET 的恒流區，也就是 Vgs電壓和 Id電流自動(dòng)找平衡的過(guò)程，即：Vgs電壓的變化伴隨著(zhù) Id電流相應的變化，其變化關(guān)系就是 MOSFET 的跨導：

　　當 Id電流達到負載的最大允許電流 ID時(shí)，此時(shí)對應的柵級電壓。由于此時(shí) Id電流恒定，因此柵極 Vgs電壓也恒定不變，見(jiàn)圖 3 中的 B-C，此時(shí) MOSFET 處于相對穩定的恒流區，工作于放大器的狀態(tài)。

　　開(kāi)通前，Vgd的電壓為 Vgs-Vds，為負壓，進(jìn)入米勒平臺，Vgd的負電壓絕對值不斷下降，過(guò) 0 后轉為正電壓。驅動(dòng)電路的電流絕大部分流過(guò) CGD，以?huà)叱桌针娙莸碾姾?，因此柵極的電壓基本維持不變。Vds電壓降低到很低的值后，米勒電容的電荷基本上被掃除，即圖 3中的 C 點(diǎn)，于是，柵極的電壓在驅動(dòng)電流的充電下又開(kāi)始升高，見(jiàn)圖 3 中的 C-D，使 MOSFET進(jìn)一步完全導通。

　　C-D 為可變電阻區，相應的 Vgs電壓對應著(zhù)一定的 Vds電壓。Vgs電壓達到最大值，Vds電壓達到最小值，由于 Id電流為 ID恒定，因此 Vds的電壓即為 ID和 MOSFET 的導通電阻的乘積。

　　結論

　　基于 MOSFET 的漏極導通特性曲線(xiàn)可以直觀(guān)的理解 MOSFET 開(kāi)通時(shí)，跨越關(guān)斷區、恒流區和可變電阻區的過(guò)程。米勒平臺即為恒流區，MOSFET 工作于放大狀態(tài)，Id電流為 Vgs電壓和跨導乘積。