簡單認識功率MOSFET的結構特點

金屬氧化物增強型場效應管(MOSFET)柵極(G)-源極(S)的下拉電阻作用

簡單認識功率MOSFET的結構特點

功率電路中常用垂直導電結構的MOSFET(還有橫向導電結構的MOSFET，但很少用于耐高壓的功率電路中)，如下圖是這種MOSFET的分層結構圖。

從結構圖我們抽象出等效的電路符號圖 ，其中米勒電容是指在柵極(G)和漏極(D)之間的一個寄生電容，也稱為反向傳輸電容Crss，就是圖中的(CGD)，反并二極管是內部等效晶體三極管的結果。

初步認識一下這個器件的幾個參數(shù) ，可能各個廠家對這些參數(shù)的解釋稍有差異，下面是塞米控的參數(shù)說明

在實際中，為了提高器件的性能(如低內阻等)，發(fā)展了垂直雙擴散增強型MOEFET，也稱為VDMOSFET(Vertical double diffusion enhanced moefet)，如下是結構圖，箭頭表示了它的載流子運動方向，N溝道當然是電子在導電，那么電流方向就和這個箭頭反向相反了。

傳統(tǒng)的VDMOSFET，你也可以這樣看它的結構， 無非就是為了耐壓加了個漂移層 。

面介紹了我們常用的功率MOSFET，下面我們來說開頭的問題

為什么要在柵極和源極之間并聯(lián)一個電阻呢?

米勒電容的泄放電流路徑

我們知道，米勒電容的存在，在MOSFET關斷時，會產生一個電壓由接近零到母線的變化過程，電壓變化和變化過程(時間累積)就是電壓變化率，然而電容就是對電壓變化發(fā)生作用的器件，電壓在電容兩端變化即產生電流，如下圖

在半橋結構中，上管還會通過米勒電容影響下管，就是給你一個電流充到門極上，如下圖

電壓型驅動的高阻抗器件—MOSFET

我們知道，MOSFET門極是高阻抗器件，前面已經看到，在柵極(G)和源極(S)之間是一層二氧化硅(SiO2)，這個是絕緣體，因此G-S之間就是高阻抗(幾十到幾百兆不等)，所以一旦驅動異常，其中一種情況是通過米勒電容的電流給G-S充電，小電流高阻抗可能對應著高電壓，柵極電壓被充電超過門檻電壓會導致MOSFET重新開通，這是十分危險的。 我們以最簡單的反激電源驅動為例

如下是一個反激電源拓撲的MOSFET驅動，雖然芯片設計的時候已經考慮了給米勒電容形成的電流提供一個回路。

下面這個圖看著更加清楚，米勒電容電流通過驅動芯片內部下拉低阻回路進行釋放，避免柵極被充高而誤導通。

布局布線注意事項

這里大家還要注意布線問題，盡可能減小門極寄生電感，寄生電感不僅能引起柵極振蕩，同時還會影響米勒電容的放電速度。 如下是驅動布線的一種，首先是信號和功率回路要分明; 其次是驅動回路走線短而粗，回路面積盡可能小，以便減小寄生電感。

在什么情況下下拉電阻顯得尤為重要?

圖中R8是靠近MOSFET的一個下拉電阻，其實在驅動內部已經，但是如果驅動電阻Rg在意外情況下開路或沒有連接，那么這個下拉電阻R8就可以給米勒電容電流提供泄放路徑，讓MOSFET柵極-源極之間保持低阻抗，從而使得MOSFET始終處于安全狀態(tài)。

下拉電阻對電荷的泄放路徑

其實，我們已經知道了像MOSFET這種電壓型器件，柵極-源極是高阻抗，為什么說它們也是靜電(ESD)敏感器件的原因就在此，高電壓加在門極不易泄放，累積過程就會損壞柵極和源極之間的二氧化硅(SiO2)氧化層，器件就失效了，加下拉低阻也可以避免或減輕這一類的問題。

這個電阻要兼顧功耗和實際泄放效果，在小功率電源(0~500W)選10K~20K，大功率電源一般是4.7K~10K，大家根據自己實際選擇。