基于寄生电容的MOS等效模型

一.前言

作为一个硬件工程师，相信大家都用过MOS管，很多人看到标题会纳闷，MOS管不是压控型器件吗？对于NMOS器件，不是只要GS电压大于开启电压不久导通了吗？还要什么大的驱动电流吗？这些疑问肯定有人会有的，今天我们就来讲解一下，对于理想的MOS器件来说，我们只考虑器件本身，而不考虑MOS的寄生电容的话，那么是无需考虑驱动电流的大小的。相信大家都听过一个名词，叫寄生电容，也叫杂散电容，是电路中电子元件之间或电路模块之间，由于相互靠近所形成的电容，是设计时不希望得到的电容特性，一般来说在低频应用中我们一般不考虑，但是对于MOS管驱动电路来说，寄生电容的存在是个不可绕过的考虑因素。

二.基于寄生电容的MOS等效模型

事实上，由于不同的厂商采用的生产工艺，以及器件结构不同，你很难用一个通用的模型表示所有的MOS，但我们可以基于不同的应用场景去构建对应的模型，我们主要说一下常用的应用于直流分析的MOS管等效模型，MOS符号表示通道电阻，JFET表示外延层电阻，你可以把外延层电阻理解成器件额定电压的函数，高耐压意味着更厚的外延层，换句话说就是MOS的DS耐压更高。从这个模型可以看出，GS，GD，DS之间都是存在寄生电容的，有电容就会有充放电，有充放电就会有gate极电压缓慢上升和缓慢下降，我们在使用MOS时，是想要gate极的电压快速达到我们想要的目标电压还是缓慢达到呢？有些人的答案可能是无所谓，这个无所谓可能会让你的MOS管上电后直接炸管，这一点我们先按下不表，我们先把驱动电流讲清楚了，本篇文章的MOS应用场合主要是MOS管是处于饱和区开关模式，而非应用于放大区工作模式。

MOS管等效模型

三.MOS管驱动电路驱动电流计算

看了上面的MOS管等效模型，我们就可以把MOS管的开启过程理解成给GS，GD电容充电的过程，具体的过程大家可以看下图，简单来说，就是先给Cgs充电，达到米勒平台电压后，再给Cgd充电，最后继续给Cgs充电直到Cgs电压达到驱动电压。所以MOS开启过程的平均充电电流（驱动电流）可以用下面的公式计算：

其中Ig是gate极平均电流，Q是Qgs和Qgd的总和，t是MOS管开启时间，有了这个公式我们就能计算MOS管的开启电流了，当然也可以计算MOS管的开启时间。举个例子，如果有一个MOS管Qgs和Qgd总共是50nC，如果需要的开启时间是20ns，根据上面的公式计算，那么我们需要提供2.5A的驱动电流。

50nC/20ns=2.5A

反过来，如果我们已知驱动电流，也能计算它的开启时间。

四.总结

今天我们主要介绍了基于寄生电容的MOS的等效模型以及驱动电流，开启或关闭时间的计算，有疑问的话欢迎大家关注留言。

　　审核编辑：汤梓红