深入浅出带你搞懂-MOSFET栅极电阻

朱老师物联网大讲堂•2024-05-09 08:10•7124次阅读

一、MOSFET简介

MOSFET是金属（metal）—氧化物（oxide）—半导体（semiconductor）场效应晶体管，属于电压控制电流型元件，是开关电路中的基本元件，其栅极（G极）内阻极高。以N沟道增强型为例，其结构为在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

由于mos管本身的结构，使得源极和漏极之间会存在一个寄生二极管，其方向的判断方法是，NMOS从源极指向漏极，PMOS反之。寄生二极管能够防止VDD过大时击穿MOS管（寄生二极管会率先击穿从而把大电压短路到地），也可以防止DS反接。

二、MOS的寄生电容

本次我们不谈论寄生电容如何产生，米勒效应及米勒平台到底对电路有什么影响，只需知道MOSFET的寄生电容主要包括栅源电容（Cgs）、栅漏电容（Cgd）以及漏源电容（Cds）。

其中，我们最关心的是栅源极之间的寄生电容Cgs，它会影响开关速度。当MOSFET工作时，栅极驱动电流会为Cgs充电，充满Cgs越快，我们也就能越快的打开MOSFET。结合实际电路图来看：

MOS外围还有两个电阻，分别是栅极串联电阻R1，并联在栅源极之间的Rgs。其中Rgs的作用是释放栅源极之间的电压，由于Cgs的存在，少量的静电就可以在GS之间产生巨大的电压，为了保护MOS管，因此一般会在GS之间并联Rgs。而本次要说的重点是栅极串联电阻的作用及：

除了寄生电容外，在实际应用中由于PCB布局、走线及MOS内部原因，会产生寄生电感。寄生电感与Cgs会形成一个LC震荡电路，在栅极驱动信号的影响下会产生严重的震荡，因此串联一个电阻使之衰减。
寄生电容和寄生电感会储存能量，串联的电阻可以使得能量不在内部消耗，而作用于MOSFET。

栅极电阻能够影响开关管的开关速度。如果栅极电阻太大，那么开关速度会降低。如果栅极电阻太小，那么快速的开关速度会产生很大的电流电压变化率，也就意味着强烈的干扰。

以下为曾做过的不同栅极串联电阻下MOSFET的输出波形图（MOS为IRF540、频率420KHz）：

栅极串联0Ω电阻：

栅极串联5Ω电阻：

栅极串联10Ω电阻：

栅极串联15Ω电阻：

从图上可以看出串联电阻确实对波形有很大影响，选取电阻值较小时，输出电压有明显的高频震荡，而如何确定出合适的阻值，一般是根据管子的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取的。当然我们也可以运用仿真软件如PSpice、Multisim、Simulink……来对电路进行仿真，初步选取一个较为适合的栅极串联电阻，本次则不再进行仿真演示。

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