MOSFET驱动电路设计时，为什么可以“慢”开，但是要“快”关呢？

Part 01、前言

MOSFET作为开关器件，在驱动电路中主要用于控制电流的通断，比如在DC-DC转换器、电机驱动或者功率放大电路中。它的开关过程（开和关）会直接影响电路的效率、发热和可靠性。“慢开快关”的这个设计原则，背后有什么电路设计原理呢？咱们从MOSFET的工作原理和实际应用场景来分析分析一下。MOSFET的开关过程中开和关的本质是什么呢？

MOSFET的开关过程主要由栅极电压Vgs控制，Turn-On时，栅极电压Vgs从0V上升到阈值电压Vth以上，MOSFET开始导通，漏极到源极的电阻RDS(on)迅速减小，电流开始流过。Turn-Off时，栅极电压Vgs从高电平下降到低于Vth，MOSFET截止，漏极到源极变成高阻态，电流被阻断。

开关过程并不是瞬间完成的，MOSFET的栅极有一个等效电容,包括栅极-源极电容Cgs和栅极-漏极电容Cgd，统称为输入电容Cis。驱动电路需要通过栅极电阻Rg给这个电容充放电，充放电速度直接决定了开关速度。

Part 02、分析

为什么可以慢开?

"慢开"指的是MOSFET从截止到导通的过程可以稍微慢一点，也就是让VGS上升得慢一些。这主要是为了减少开关过程中的电磁干扰EMI和电压尖峰。

降低di/dt，减少寄生电感引起的电压尖峰：

当MOSFET导通时，漏极电流ID会迅速上升，di/dt很大。电路中不可避免地存在寄生电感，比如PCB走线、引脚电感等，根据电感电压公式V=L*di/dt，di/dt越大，寄生电感上产生的电压尖峰就越大。这个尖峰可能叠加到MOSFET的漏极-源极电压Vds上，严重时可能超过MOSFET的耐压,导致击穿。

例子：假设电路中有10nH的寄生电感，MOSFET导通时电流从0A到10A只需要50ns（di/dt=10/50×10^-9=2×10^8A/s)，那么寄生电感上的电压尖峰是：

如果开得更快，比如10ns内完成，di/dt变成10/10×10^-9=10^9A/s，尖峰电压就变成10V，可能就危险了。慢开可以降低di/dt，减少尖峰电压，保护MOSFET。

减少EMI：

快速导通会导致电流和电压的快速变化，产生高频谐波，增加电磁干扰。慢开可以让电流变化更平滑，降低高频辐射，减少对周围电路的干扰。

慢开的代价：

慢开会增加开关损耗。MOSFET在导通过程中，Vds逐渐下降，ID逐渐上升，这段时间内MOSFET处于线性区，损耗是P=Vds × ID。但在很多应用中（比如低频开关)，这个损耗可以接受。

为什么必须快关？

"快关"指的是MOSFET从导通到截止的过程要尽量快，也就是让Vgs快速下降到低于Vth。这主要是为了减少关断损耗和避免误导通。

减少关断损耗：

关断时，MOSFET的Vds上升，ID下降，同样会经历一个线性区，产生损耗P=Vds×ID。如果关得慢，这个损耗时间会延长，总损耗增加，发热也会更严重。

举个例子，假设MOSFET关断时，Vds从0V升到12V，ID从10A降到0A。如果关断时间是100ns，平均损耗可以近似为：

总能量损耗（100ns内）：

如果关断时间缩短到20ns，能量损耗变成：

快关直接把损耗降低了5倍！在高频开关应用，比如开关电源，开关频率100kHz，这个损耗会累积，影响效率和发热。

Part 03、总结

虽然"慢开快关"是理想原则，但实际设计中还得权衡，慢开太慢，导通损耗会增加，尤其在高频应用中，损耗累积会导致效率下降和发热。

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