MOSFET电路栅源极GS之间为什么需要并联一个电容？

Part 01

前言

在MOSFET中，dv/dt指的是MOSFET在开关瞬态期间，其漏源电压Vds的变化率，即漏极和源极之间电压随时间的变化速度。一般想到dv/dt，我们第一反应是高dv/dt会导致强烈的电磁干扰，影响周围的敏感电路，降低系统的信号完整性。除此之外高dv/dt还会产生另外一大危害，那就是如果dv/dt过高，漏源电压的快速变化会通过栅-漏电容Cgd耦合到栅极电压Vgs，导致栅极电压瞬时上升，从而使MOSFET在关闭的情况下误导通。接下来我们就介绍一下原因以及应对方法。

Part 02

MOS误导通的原因

我们以DCDC电路为例，比如同步开关电源，其拓扑电路，一般是使用一组MOSFET作为上管和下管来分时开关实现稳压输出。当MOSFET高速开关时，MOSFET由导通切换到关断状态下，MOSFET的漏极和源极端子之间会产生快速上升的电压Vds。开关频率越高，对应的漏极和源极电压随时间的变化：dv/dt会越大，根据MOSFET的栅-漏极电容Cgd和栅-源极电容Cgs之间的比值会在MOS的G-S直接形成一个分压，或通过Cds流向栅极电阻R的电流会在栅极电阻两端形成一个分压，当此分压大于栅极开启电压时就会导致MOSFET自导通。

为了便于理解，我们分别分析以下两种MOS误导通模型：

模型1：不考虑外部栅极电阻

此模型相当于MOS的栅极悬空

此时相当于Cgd和Cgs两个寄生电容串联接在Vds之间：

那么感应电压Vgs=Vds*Cgd/(Cgd+Cgs)

只有当Vds*Cgd/(Cgd+Cgs)

Vgth：MOS的开启电压

模型2：考虑外部栅极电阻

此模型相当于MOS的栅极接驱动器，驱动器输出低（我们假设驱动器输出低时的导通电阻为0）

此时相当于Cgd和Rg,i串联后接在Vds之间：

那么流经Cgd的电流为Igd=Cgd*dv/dt

栅极电压感应电压Vgs=Igd*Rg,i=Rg,i*Cgd*dv/dt

只有当Rg,i*Cgd*dv/dt

Vgth：MOS的开启电压

Part 03

如何解决MOS误导通的问题？

基于模型1：感应电压Vgs=Vds*Cgd/(Cgd+Cgs)

我们可以通过在MOS栅源极并联电容来增大Cgs，这样相当于变相减小了Vgs，从而解决MOS误导通的问题。

2.基于模型2：感应电压Vgs=Rg,i*Cgd*dv/dt

可以通过限制dv/dt来解决此问题，如何限制dv/dt呢？可以在MOS栅极串联电阻Rg来降低MOSFET的开关速率，进而降低dv/dt。

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