MOS管导通的详细过程

一路上

一、前言

MOS管不同于三极管，它属于电压控制型器件，有几个常见的名字需要了解一下：

FET:   Field  Effect Transistor ，场效应晶体管。

MOSFET:  Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管。

耗尽层：在PN结附近,其中的载流子因扩散而耗尽,只留下不能移动的正负离子的区域，又称空间电荷区。P型半导体和N型半导体接触形成的空间电荷区就是耗尽层。

反型层：反型层就是P型半导体本来多子是空穴，但是形成一个层，里面空穴没有了，出现了大量电子。

实际上MOS管在从关断到导通的过程中，也是需要电流的，这是因为MOS管各极之间存在寄生电容Cgd，Cgs以及Cds，等效如下图。

二、认识米勒电容

MOS管内部有寄生电容Cgs，Cgd，Cds，因为寄生电容的存在，所以给栅极电压的过程就是给电容充电的过程，如下图。

其中：输入电容Ciss=Cgs+Cgd，输出电容Coss=Cgd+Cds，反向传输电容Crss=Cgd，也叫米勒电容。

这三个等效电容是构成串并联组合关系，它们并不是独立的，而是相互影响，其中一个关键电容就是米勒电容Cgd。这个电容不是恒定的，它随着栅极和漏极间电压变化而迅速变化，同时会影响栅极和源极电容的充电。

三、理解米勒效应

米勒效应是指MOS管g、d的极间电容Crss在开关动作期间引起的瞬态效应。

可以看成是一个电容的负反馈。在驱动前，Crss上是高电压，当驱动波形上升到阈值电压时，MOS管导通，d极电压急剧下降，通过Crss拉低g脚驱动电压，如果驱动功率不足，将在驱动波形的上升沿阈值电压附近留下一个阶梯，如下图。

有时甚至会有一个下降尖峰趋势平台，而这个平台增加了MOS管的导通时间，造成了我们通常所说的导通损耗。

四、MOS管的开通过程

T1阶段：

驱动开通脉冲通过mos管的栅-源极对输入电容Cgs充电，开启时Vgs电压=阈值电压Vth，在此之前，mos管处于关断状态。此时只有很小的电流经过mos管，Vds的电压Vdd保持不变。

T2阶段:

当Vgs电压达到阈值电压Vth时，电流ID开始流过漏极，Vgs电压继续上升，电流也逐渐上升。这时的Vds电压依旧保持Vdd不变。

当Vds电压到达米勒平台电压Vgp时，电流ID上升到负载电流的最大值ID，这时，Vds电压开始从Vdd下降。

T3阶段：

现在就到了重要的米勒平台了；米勒期间电流ID保持负载ID不变，Vds电压不断降低。米勒平台的高度受负载电流的影响，当负载电流越大，电流ID到达的时间就越长，也就导致了更高的米勒平台电压Vgp。

T4阶段：

当米勒平台结束时，Vgs电压继续降低，但此时它降低的幅度很小，最后稳定。一般在米勒平台结束以后，可以认为mos管基本已经导通。

五、米勒效应处理措施

由上面的分析可以看出米勒平台是有害的，造成开启延时，导致损耗严重。但因为MOS管的制造工艺，一定会产生Cgd，也就是米勒电容一定会存在，所以米勒效应不能避免。

目前减小 MOS 管米勒效应的措施如下：

1. 提高驱动电压或者减小驱动电阻，目的是增大驱动电流，快速充电，但是可能因为寄生电感带来震荡问题;

2.ZVS 零电压开关技术是可以消除米勒效应的，即在 Vds 为 0 时开启沟道，在大功率应用时较多。

更多详细内容请看：MOSFET结构及其工作原理详解。