MOSFET原理详解与参数测试（2）

4、Rdson是个什么东东？

Rds(ON)是MOSFET工作（启动）时，漏极D和源极S之间的电阻值。在上文中我们介绍了MOSFET在导通后，Rds(ON)的值不是一成不变的，主要取决于VGS的值。Rds(ON)的值一般都是在mΩ级别，当MOSFET电流达到最大时，则Rdson必然是最小的。对于MOSFET来说，Rdson越小，价格也就越贵。

即使Rds(ON)的值很小，但是如果MOSFET上流过的id电流很大，那么必然在MOSFET上产生损耗，我们称这个损耗为导通损耗。

我们看到，MOSFET的D-S之间有一个二极管，我们把这个二极管称为MOSFET的体二极管。假设正向：由D指向S，那么体二极管的方向是跟正向相反的，而且这个体二极管正向不导通，反向会导通。所以这个体二极管和普通二极管一样，也有钳位电压，实际钳位电压跟体二极管上流过的电流是有关系的，体二极管上流过的电流越大，则钳位电压越高，这是因为体二极管本身有内阻。有内阻必然也会产生损耗，我们把体二极管的功耗称之为续流损耗。

Rds(ON)有两个重要的特性：

① Rds(ON)与VGS的关系，随着VGS的增大，Rds(ON)逐渐减小。

② Rds(ON)与温度的关系，温度越高，Rds(ON)越大。温度特性会严重影响器件的工作特性，导致产品运行不稳定。

注释：Rds(ON)应该怎么测？

Rds(ON)的测试非常简单，就是使用欧姆定律关系。在datasheet中也定义了Rds(ON)的测试要求：

① VGS电压，因此需要有一台电源提供MOSFET的开启电压

② ID电流，要求在D-S有电流，因此就需要电源和负载来产生回路电流。

测试设备 ：直流电源*2；高精度电子负载；万用表

测试步骤： 测试方法参考下图，使用直流电源1给G-S端供电，设置VGS电压。在D-S端串入直流电源2和负载，设置负载恒流模式和负载拉载值id，设置电源2电压。同时使用万用表测试D-S端电压。

环境搭建完成后，启动电源1、电源2、电子负载，记录此时的万用表电压即为V DS 。根据欧姆定律：Rds(ON)= V DS /id

注意事项：

① 电源1的设置电压一定要按照datasheet要求进行设置，保障mos处于打开状态

② 电源2的电压不要设置太高，不要超过VDS的最高承受电压。

5、MOSFET那些乱七八糟的寄生电容

如下图所示，是我们等效出来的MOSFET里面的寄生电容模型

5、1 Cgs电容

Cgs： 栅极和源极之间的等效电容。实际上控制电压输出后，就开始给电容Cgs开始充电，GS电容充电过程分三个阶段：

① 上电瞬间电容等效成短路，GS电容的内阻为0，几乎所有的电流，都从电容上走；

② GS电容没有充满的情况下，电流分别从电阻及电容流过，但主要的电流依旧从电容走；

③ 电容充满了，电流不从电容走，只有很小的电流从电阻走。

注释1：MOSFET的GS之间的下拉电阻

通常我们在查看电路图时，注意到在MOSFET的GS之间会并接一个电阻，这个电阻的主要作用有：

① 给mos管的cgs电容提供放电回路，确保MOSFET就只有两态，不是高就是低。

② 提供固定偏置，在前级开路时，这个电阻确保MOS有效的关断。假设控制信号的前级开路，此时D极上提供一个很高的电压，通过电容Cgd给电容Cgs进行充电，导致管子误导通，烧毁mos管

③ 有效防止雷击、静电损坏MOS。

综上GS下拉电阻范围10K~100K，原则上讲，高压系统可以取大一些，低压系统可以取小一些。正常情况下，建议大家取10K、18K、20K。（三极管的下拉电阻推荐为2k）

5、2 Cgd电容

Cgd：栅极和漏极之间的等效电容。这个电容也称为米勒电容，臭名昭著的“米勒效应”也因此产生。米勒效应，实际上是有一个固有的转移特性：栅极的电压Vgs和漏极的电流Id保持一个比例关系。

产生的问题 ：因为米勒电容的影响，造成mos管不能很快的进行开通和关断，中间有一段延迟时间。通过示波器测量VGS电压波形，会发现VGS波形在上升期间有一段平台，这个平台又称为米勒平台。（下图加粗线表示）

米勒平台大家首先想到的麻烦就是米勒振荡。（即，栅极先给Cgs充电，到达一定平台后再给Cgd充电）因为这个时候源级和漏级间电压迅速变化，内部电容相应迅速充放电，这些电流脉冲会导致mos寄生电感产生很大感抗，这里面就有电容，电感，电阻组成震荡电路，造成MOS误导通、烧毁、等问题.

产生问题的原因：

通过上图我们分析，在t0-t1这段时间内，VGS一开始随着栅极电荷的增加而增加，开始给Cgs充电，当电容达到门槛电压后，V GS =VGSth后，MOS开始进入导通状态。

在t1-t2这段时间内，MOS开始导通，此时的id就已经开始有电流，但是电流很小。此时的D极电压比G极电压高，电容Cgd是上正下负。

然后Vgs电压继续上升，Id也会继续上升，当上升到米勒平台电压Va的时候， 就会发生固有转移特性（Vgs不变，id也保持不变） 。

在t2-t3这段时间内，虽然栅极电荷继续增加，但是栅极电荷也有了另外一条通路（下图紫色标注通路），栅极电荷这个时间大部分用来给电容Cgd进行充电，导致VGS电压不在增加。此时的Cgd极性与漏极充电相反，即下正上负，因此也可理解为对Cgd反向放电，最终使得Vgd电压由负变正，结束米勒平台进入可变电阻区。米勒平台时间内，Vds开始下降，米勒平台的持续时间即为Vds电压从最大值下降到最小值的时间。

通过上图我们可以分析在米勒平台的这段时间内，VGS 和id都是保持不变的，VDS从最大值降到了最小值。所以刚进入米勒平台时，在MOS管上产生的导通损耗非常的大。我们假设VDS电压从12V减低到了0.5V,id=10A保持不变，可以计算导通功耗也从 120W变为5W，这个功率的变化时很大的，如果开通时间慢，意味着发热从120w到5w过渡的慢，mos结温会升高的厉害。所以开关越慢，结温越高，容易烧mos。

解决措施： GS极加电容，减慢mos管导通时间，有助于减小米勒振荡。防止mos管烧毁。过快的充电会导致激烈的米勒震荡，但过慢的充电虽减小了震荡，但会延长开关从而增加开关损耗。

5、3 Cds电容

Cds电容：源极和漏极之间的等效电容。

5、4 上述电容之间的关系

上面是MOSFET的等效模型，但是在MOSFET中是真实存在的，在datasheet·中我们看到的参数是这么表述的，具体关系如下：

Ciss 输入电容：Ciss = Cgd + Cgs

Coss 输出电容：Coss = Cgd + Cds

Crss 米勒电容：Crss = Cgd

6、MOS管的损耗有多少？

在之前的文章中我们介绍了Rdson造成的导通损耗，以及体二极管的续流损耗，此外主要还有开关损耗和栅极驱动损耗。