收藏！教科書上沒講清楚的MOS管開關重點，今天全交代

原文授權自公眾號：硬件筆記本

今天咱們來聊聊產品設計中最常見卻又最關鍵的元器件—— MOS管。可以說，幾乎所有的電子設備都離不開這個它。雖然它看起來原理簡單，但實際工作起來卻暗藏玄機。特別是它的開關過程，平時用著沒事，一旦出問題往往很多時候讓人摸不著頭腦。下面咱們就用最通俗的語言，帶大家一起了解MOS管開關的過程。

在講之前，大家一定要知道MOS管的三個寄生電容：Cgs，Cgd，Cds，這對于后面的分析有很大的幫助。

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MOS管的開通過程

說一個不恰當的比喻，MOS管的開通就像我們早上起床的過程，可不是"叮"的一下就完成的，而是分四個步驟循序漸進：

MOS管開啟的第一個階段可以這樣理解：

柵極電壓從零開始慢慢上升，就像給一個容器注水，大部分電流都用來給C_GS這個"主容器"充電，同時也有少量電流流到C_GD這個"副容器"，隨著柵極電壓升高，C_GD兩端的電壓會稍微降低一些，這個階段MOS管還沒開始導通，所以漏極的電流和電壓都保持不變，只有當柵極電壓充到V_TH這個臨界值時，MOS管才具備導通的條件。

這個準備階段之所以叫"開通延時"，就是因為雖然柵極在充電，但MOS管還沒真正開始工作，存在一個時間延遲。

MOS管開啟的第二階段工作原理如下：

柵極電壓繼續升高，直到達到米勒平臺電壓值（V_GS,Miller），此時漏極電流開始隨柵極電壓線性增加，這個階段MOS管工作在放大區，電流大小直接取決于柵極電壓。柵極電流繼續為C_GS和C_GD兩個電容充電，在輸出端可以看到：

漏極電流明顯增大，但漏源電壓仍保持關斷時的水平（V_DS,off）。

這個階段是MOS管從截止狀態向完全導通過渡的關鍵過程。

原文授權自公眾號：硬件筆記本

MOS管開啟的第三階段工作原理如下：

當柵極電壓達到V_GS，Miller時，MOS管已能承載全部負載電流，并聯的二極管完全關斷，此時開始出現兩個重要現象：漏極電壓開始快速下降，柵源電壓卻保持穩定（形成米勒平臺），產生這種現象的原因是：所有柵極驅動電流都轉向給C_GD電容充電，這個充電過程促使漏極電壓快速變化，柵極電壓因此被"釘住"在米勒平臺電壓。

在這個階段，漏極電流由外部電路決定，保持恒定，漏源電壓持續下降，柵極電壓維持不變，這個階段展現了MOS管特有的米勒效應，是開關過程中的關鍵轉折點。

MOS管開啟的第四階段工作原理如下：

這是開通過程的最后階段。柵極電壓從米勒平臺電壓(V_GS,Miller)繼續升高，最終達到驅動電壓(V_DRV)的滿幅值。

這個階段的關鍵變化：柵極電流同時給C_GS和C_GD兩個電容充電，導通溝道被充分增強，導通電阻(R_DS(on))降到最低值。

電路表現特點：漏極電流保持穩定（由外部電路決定），漏源電壓因導通電阻降低而小幅下降，柵極電壓達到最大驅動電平，最終柵極電壓值直接影響導通電阻大小，電壓越高，導通電阻越小，但需要考慮器件耐壓和功耗限制。

這個階段使MOS管進入完全導通狀態，導通性能達到最佳。

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MOS管的關斷過程

MOS管的關斷過程說明基本上與上文所述的開通過程相反。也是分四個步驟來完成關斷過程：

階段1（關斷延遲階段）：

這個階段主要是給MOS管內部的Ciss電容放電，直到電壓降到米勒平臺電平。在這個過程中，放電電流會流過柵源電容(Cgs)和柵漏電容(Cgd)。此時會出現兩個現象：

1、由于過驅動電壓在減小，漏極電壓會稍微上升一點；

2、漏極電流保持穩定不變。

階段2（電壓上升階段）：

此時，MOS管的漏極-源極電壓，從 ID?RDS(on) 上升到最終的關斷電壓（

VDS,off），這個電壓會被寄生二極管鉗位在輸出電壓。

在這個階段，柵極電壓會保持穩定（即米勒平臺階段），柵極電流全部是 CGD 的充電電流，因為柵源電壓不變。

階段3（電流下降階段）：

此時，寄生二極管已經導通，為負載電流提供了另一條通路。柵極電壓從米勒平臺

VGS,Miller繼續下降到閾值電壓VTH。

這個階段的主要特點是：

1、柵極電流主要來自 CGS （柵源電容）放電，因為CGD（柵漏電容）在上個階段已經充滿電了。

2、隨著柵源電壓下降，MOS管進入線性工作區，漏極電流逐漸減小到接近零。

3、由于寄生二極管已經正向導通，漏極電壓會穩定在最終的關斷電壓（VDS,off）不再變化。

階段4（完全關斷階段）：

這是MOS關斷的最后一步。柵極電壓 VGS 從閾值電壓VTH繼續降到0V，把輸入電容的電徹底放完。和前一階段類似，柵極電流主要還是靠CGS（柵源電容）放電提供。關注公眾號：硬件筆記本

此時MOS管已經完全關斷，漏極電流保持為零（因為已經徹底關斷），漏極電壓維持在關斷狀態的值不變。

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總結

總結來說，MOS管通過四個階段在導通和關斷狀態之間切換。各階段的持續時間取決于三個關鍵因素：寄生電容大小、電容電壓變化量以及柵極驅動電流的強弱。這凸顯了在高頻開關應用中，合理選型和優化柵極驅動設計的重要性。

需要注意的是，廠商提供的測試數據基于特定條件和電阻負載，與實際電感負載應用中的開關性能存在明顯差異，因此不同型號器件的數據較難直接比較。

總之，理解了以上MOS管的開關過程，對于我們整個產品的分析過程是很有幫助的。

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