关于MOSFET的开关特性你们了解多少

MOSFET的开关特性解析|必看

MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有放大特性的由电压uGS控制的开关元件。

1、静态特性

MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。图下（a）为由NMOS增强型管构成的开关电路。

2、 漏极特性

反映漏极电流iD和漏极-源极间电压uDS之间关系的曲线族叫做漏极特性曲线，简称为漏极特性，也就是表示函数 iD=f（uDS）|uGS的几何图形，如图（a）所示。

当uGS为零或很小时，由于漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结，即使在漏极加上正电压（uDS》0V），MOS管中也不会有电流，也即管子处在截止状态。

当uGS大于开启电压UTN时，MOS管就导通了。因为在UGS=UTN时，栅极和衬底之间产生的电场已增加到足够强的程度，把P型衬底中的电子吸引到交界面处，形成的N型层——反型层，把两个N+区连接起来，也即沟通了漏极和源极。

所以，称此管为N沟道增强型MOS管。可变电阻区：当uGS》UTN后，在uDS比较小时，iD与uDS成近似线性关系，因此可把漏极和源极之间看成是一个可由uGS进行控制的电阻，uGS越大，曲线越陡，等效电阻越小，如图（a）所示。

恒流区（饱和区）：当uGS》UTN后，在uDS比较大时，iD仅决定于uGS（饱和），而与uDS几乎无关，特性曲线近似水平线，D、S之间可以看成为一个受uGS控制的电流源。在数字电路中，MOS管不是工作在截止区，就是工作在可变电阻区，恒流区只是一种瞬间即逝的过度状态。

3、转移特性

反映漏极电流iD和栅源电压uGS关系的曲线叫做转移特性曲线，简称为转移特性，也就是表示函数 iD=f（uGS）|uDS的几何图形，如图（b ）所示。当uGS《utn时，mos管是截止的。当ugs》UTN之后，只要在恒流区，转移特性曲线基本上是重合在一起的。曲线越陡，表示uGS对iD的控制作用越强，也即放大作用越强，且常用转移特性曲线的斜率跨导gm来表示。《/utn时，mos管是截止的。当ugs》

MOSFET开关power on 漏电问题

这是一个等电压转换开关。由单片机去控制从3V3STBY到3V3SW的pmos 开关。

如下图，power on的过程中3V3SW power rail， 有一个voltage dip. 对比3V3SW_EN（blue），发现在turn on 控制信号到来之前，3V3SW上就有电压了。

示波器测量发现，3V3SW_EN控制信号pull high之前，mosfet gate电压（green）和3V3之间有1.1V左右的gap， 原则上在控制电压到来之前Vgate=3V3， 这样Vgs《Vth， mosfet不导通。

查阅mosfet 手册，Vth最小0.4V。由此可见，Vgs之间压差导致漏电。

去掉电路中的C986和C985之后，问题得到解决（最终方案C985换成了1nf的小电容）。

MOSFET的开关特性

如下是mosfet的等效模型，Gate 和Drian、Source之间分别有寄生的电容Cgd和Cgs。这两个寄生电容直接影响着mosfet的开关特性。

有些mosfet手册上关于这两个寄生电容用Q来表示。

下图是MOSFET trun on的整个过程：

Total 分为4个区域

Region 1， VGS 开始增加，这个时候还没有到达Vth， 所以VSD保持不变，ID还是零。t1时刻，VGS=Vth

Region2， VGS 达到Vth以后， mosfet 开始导通，ID开始有电流。由于gate和source之间寄生电容的存在，gate的电压开始给Cgs充电，达到t2的时候，Cgs 冲满，VGS达到稳定值，ID达到最大。

Region3， VGS继续保持不变，Cgd开始充电，VSD之间的压差开始减少，到达t3的时候，Cgd充满了，VSD压差几乎到达最小值，这个时刻mosfet 完全导通。

Region4， VGS持续增大到驱动电压，VSD之间的压差=Rdson*ID.

从这个过程可以看到，如果要控制VSD的slew rate 可以控制region3的时间。Cgd增大，VSD slow rate就越小，当然in-rush current 也越小。

当然这也是为什么最上面的电路drain和gate之间有一个电容的原因，考虑到mosfet本身的寄生Cgd可能会比较小，增加这样一个电容可以控制开关的slew rate。

回到上面的问题，由于电路中C985 C986都放了0.1uf，比较大，3V3STBY上升的过程中Gate电平没有快速达到3.3V，导致漏电。减少容值，可解决问题。

在有些电路中为了避免上述问题，可以加一个二极管快速导通使gate电压快速达到和source一致。

编辑：jq