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GS 寄生电容的缺点是什么？

如下是一个 NMOS 的开关电路，阶跃信号 VG1 设置 DC 电平 2V，方波（振幅 2V，频率 50Hz），T2 的开启电压 2V，所以 MOS 管 T2 会以周期 T=20ms 进行开启和截止状态的切换 。

GS 寄生电容的缺点是什么？
文章插图
首先仿真 Vgs 和 Vds 的波形，会看到 Vgs=2V 的时候有一个小平台，有人会好奇为什么 Vgs 在上升时会有一个小平台？
MOS 管 Vgs 小平台
带着这个疑问，我们尝试将电阻 R1 由 5K 改为 1K，再次仿真，发现这个平台变得很小，几乎没有了，这又是为什么呢？
MOS 管 Vgs 小平台有改善
为了理解这种现象，需要理论知识的支撑 。

GS 寄生电容的缺点是什么？
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MOS 管的等效模型
我们通常看到的 MOS 管图形是左边这种，右边的称为 MOS 管的等效模型 。
其中：Cgs 称为 GS 寄生电容，Cgd 称为 GD 寄生电容，输入电容 Ciss=Cgs+Cgd，输出电容 Coss=Cgd+Cds，反向传输电容 Crss=Cgd，也叫米勒电容 。
如果你不了解 MOS 管输入输出电容概念，请点击：带你读懂 MOS 管参数「热阻、输入输出电容及开关时间」
米勒效应的罪魁祸首就是米勒电容，米勒效应指其输入输出之间的分布电容 Cgd 在反相放大的作用下，使得等效输入电容值放大的效应，米勒效应会形成米勒平台 。
首先我们需要知道的一个点是：因为 MOS 管制造工艺，必定产生 Cgd，也就是米勒电容必定存在，所以米勒效应不可避免 。
那米勒效应的缺点是什么呢？
MOS 管的开启是一个从无到有的过程，MOS 管 D 极和 S 极重叠时间越长，MOS 管的导通损耗越大 。因为有了米勒电容，有了米勒平台，MOS 管的开启时间变长，MOS 管的导通损耗必定会增大 。
仿真时我们将 G 极电阻 R1 变小之后，发现米勒平台有改善？原因我们应该都知道了 。
MOS 管的开启可以看做是输入电压通过栅极电阻 R1 对寄生电容 Cgs 的充电过程，R1 越小，Cgs 充电越快，MOS 管开启就越快，这是减小栅极电阻，米勒平台有改善的原因 。
那在米勒平台究竟发生了一些什么？
以 NMOS 管来说，在 MOS 管开启之前，D 极电压是大于 G 极电压的，随着输入电压的增大，Vgs 在增大，Cgd 存储的电荷同时需要和输入电压进行中和，因为 MOS 管完全导通时，G 极电压是大于 D 极电压的 。
所以在米勒平台，是 Cgd 充电的过程，这时候 Vgs 变化则很小，当 Cgd 和 Cgs 处在同等水平时，Vgs 才开始继续上升 。
我们以下右图来分析米勒效应，这个电路图是一个什么情况？

GS 寄生电容的缺点是什么？
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MOS 管 D 极负载是电感加续流二极管，工作模式和 DC-DC BUCK 一样，MOS 管导通时，VDD 对电感 L 进行充电，因为 MOS 管导通时间极短，可以近似电感为一个恒流源，在 MOS 管关闭时，续流二极管给电感 L 提供一个泄放路径，形成续流 。
MOS 管的开启可以分为 4 个阶段 。
t0~t1 阶段
从 t0 开始，G 极给电容 Cgs 充电，Vgs 从 0V 上升到 Vgs（th）时，MOS 管都处于截止状态，Vds 保持不变，Id 为零 。
t1~t2 阶段
从 t1 后，Vgs 大于 MOS 管开启电压 Vgs（th），MOS 管开始导通，Id 电流上升，此时的等效电路图如下所示，在 IDS 电流没有达到电感电流时，一部分电流会流过二极管，二极管 DF 仍是导通状态，二极管的两端处于一个钳位状态，这个时候 Vds 电压几乎不变，只有一个很小的下降（杂散电感的影响） 。

GS 寄生电容的缺点是什么？
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t1~t2 阶段等效电路
【GS 寄生电容的缺点是什么？】 t2~t3 阶段
随着 Vgs 电压的上升，IDS 电流和电感电流一样时，MOS 管 D 极电压不再被二极管 DF 钳位，DF 处于反向截止状态，所以 Vds 开始下降，这时候 G 极的驱动电流转移给 Cgd 充电，Vgs 出现了米勒平台，Vgs 电压维持不变，Vds 逐渐下降至导通压降 VF 。

GS 寄生电容的缺点是什么？
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t2~t3 阶段等效电路
t3~t4 阶段
当米勒电容 Cgd 充满电时，Vgs 电压继续上升，直至 MOS 管完全导通 。
结合 MOS 管输出曲线，总结一下 MOS 管的导通过程
t0~t1，MOS 管处于截止区；t1 后，Vgs 超过 MOS 管开启电压，随着 Vgs 的增大，ID 增大，当 ID 上升到和电感电流一样时，续流二极管反向截止，t2~t3 时间段，Vgs 进入米勒平台期，这个时候 D 极电压不再被续流二极管钳位，MOS 的夹断区变小，t3 后进入线性电阻区，Vgs 则继续上升，Vds 逐渐减小，直至 MOS 管完全导通 。

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MOS 管输出曲线
责任编辑:pj

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