详解MOS管的特性曲线

一、MOS管的特性曲线

从转移特性曲线可以看出：当Vgs上升到Vth时，MOS管开始导通电流。

从输出特性曲线可以看出：Vgs的大小决定了恒流区即MOS管导通电流的通道宽的大小，也决定了可变电阻区，MOS导通电阻的大小。

通常Vgs越大，通道越宽、导通电阻越小。

工作在开关状态的MOS都是落在可变电阻区。

二、MOS管的开通过程

MOSFET 晶体管的开通动作可分为如下图中所示的 4 个阶段

第一阶段，器件的输入电容从 0V 充电至 VTH。在此期间，大部分栅极电流用于对 CGS 电容器充电。少量电流也会流经 CGD 电容器。随着栅极电压的升高，CGD 电容器的电压将略有下降。这个期间称为开通延时，因为器件的漏极电流和漏极电压均保持不变。

第二阶段，栅极电平从 VTH 升高到米勒平坦电平 VGS,Miller。电流与栅极电压成正比，这是器件的线性工作区(恒流区)。在栅极侧，就像在第一阶段中那样，电流流入 CGS 和 CGD 电容器中，并且 VGS 电压升高。在器件的输出端，漏极电流升高，同时漏源电压保持之前的电平 (VDS,off)。基本不变。

第三阶段，米勒平坦区域。驱动器提供的所有栅极电流都被转移，从而对 CGD 电容器充电，以便在漏源极端子上实现快速的电压变化(下降到接近0)。现在，器件的漏极电流受到外部电路的限制，因此保持恒定。

第四阶段，通过施加更高的栅极驱动电压，充分增加 MOSFET 的导通电流通道宽。VGS 的最终幅值决定了开通期间器件的最终(更小的)导通电阻。所以，在第四阶段中，VGS 从 VGS,Miller 上升至最终值 VDRV。这通过对 CGS 和 CGD 电容器充电来实现，因此现在栅极电流在两个组件之间分流。当这些电容器充电时，漏极电流仍然保持恒定，而由于器件的导通电阻下降，漏源电压略有下降。

三、MOS管的关断过程

第一个阶段，关断延迟，需要将 CISS 电容从初始值放电至米勒平坦电平。在这段时间内，栅极电流由 CISS 电容器自己提供，并流经 MOSFET 的 CGS 和 CGD 电容器。随着过驱电压降低，器件的漏极电压略有上升。漏极的电流保持不变。

第二阶段，MOSFET 的漏源电压从 ID⋅RDS(on) 上升至最终的 VDS,off 电平，在此时间段内，与栅极电压波形中的米勒平坦区域对应，栅极电流完全是 CGD 电容器的充电电流，因为栅源极电压是恒定的。

第三阶段，栅极电压继续从 VGS,Miller 下降至 VTH。绝大部分栅极电流来自 CGS 电容器，因为 CGD 电容器实际上在前一个阶段中就已经充满电了。漏极电压在 VDS,off 处保持稳定。漏极电流下降到接近0 。

第四阶段，对器件的输入电容完全放电。VGS 进一步下降，直至达到 0V。器件的漏极电流和漏极电压保持不变。

四、几点结论

可以理解为：MOS的Id与Vds是分时开通或关断的。Vgs米勒平台区域这段时间 Vds 上升(关断)或下降(开通)，Vth~Vmiller 这段时间，Id上升(开通)或下降(关断)。

门极电容Cgs远大于(几十倍)反转电容Cgd，但高压应用中，Cgd要进行米勒等效换算到门极。

整个开关过程，就是对Cgs、Cgd的充放电过程。因此，G极的波形上升、下降时间与Id关系不大，而与Vds有一定关系(Cgd的米勒等效)。

审核编辑：汤梓红