关于Mosfet你应当知道的开关特性

lbyzsf

近日，朋友遇到一个关于mosfet 开关的问题。虽然问题已经轻松解决，但后来仔细想想，背后的知识点却是比较基本和重要的。联想到目前年轻的工程师见到的越来越多的是集成的开关器件，对这些基本元件的特性可能压根就没怎么在意。今天刚好就这问题，浅析一下mosfet的开关特性。

mosfet开关power on 漏电问题

问题的背景如下，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

上面的问题比较容易就解决了，但背后的知识点却是比较重要。这就是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。

小结

理解mosfet的rurn on 过程才能深刻理解mosfet的各种应用。无论是在开关电路和时DCDC电路都需要考虑mosfet的开关特性。

声明：

以上仅为个人观点。

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