MOS管和电机驱动（一）：MOS管的栅极电阻和GS电阻 米勒效应与米勒平台
注：本系列需要一定的模拟电路基础
MOS管，又叫绝缘栅型场效应管，属于电压控制电流型元件，是开关电路中的基本元件。其特点是栅极（G）的内阻极高。场效应管分为P型和N型，P型场效应管由于跨导小、阈值电压高等原因，已经逐渐被NMOS所取代。
图1
我们知道，MOS管还分为耗尽型和增强型，在实际工程中。我们使用的只有增强型P/NMOS，因为我们肯定不希望一开始就有一个漏极电流。在正式介绍mos管的驱动之前我们得说几个零碎的小知识（以下所有分析都是对NMOS而言的）
Ⅰ寄生二极管（如上图中）
由于mos管本身的结构，使得源极和漏极之间会存在一个寄生二极管，其方向的判断方法是，NMOS从源极指向漏极，PMOS反之。寄生二极管能够防止VDD过大时击穿MOS管（寄生二极管会率先击穿从而把大电压短路到地），也可以防止DS反接。
Ⅱ GS寄生电容
图2
mos真正模型中，各个极之间都存在寄生电容，但是我们最关心的莫过于GS之间的寄生电容Cgs，它会影响开关速度。我们可以轻易地想到，瞬时电流越大，我们就能越快地充满Cgs，也就能越快地打开mos管。
先贴一张mos管的实际模型图片：
图3
然后再给一个实际电路
图4
图4中主要给出了两个电阻，一个是R38，栅极串联电阻，另外一个是并联在GS上的电阻Rgs。首先我们说栅极电阻的作用：
1.因为驱动的走线会有很强的寄生电感（电磁感应），加之之前说过，GS之间有一个寄生电容，整体呈现容性，所以他们会形成一个LC谐振电路，在外部激励信号的影响下发生严重的震荡，我们串联一个电阻可以降低其Q值，使之迅速衰减。
2.电容和电感只会存储能量而不会消耗能量，如果不串接一个电阻，那么驱动器的功率大部分会消耗在其内部，而无法传达到开关管上。
3.栅极电阻能够影响开关管的开关速度。如果栅极电阻太大，那么开关速度会显著降低，这显然不是我们想要的。但是如果栅极电阻太小，那么高开关速度带来的是很大的电流电压变化率，也就意味着强烈的干扰。
下图是电流和栅极电阻大小的选取表。
图5
接着说一下Rgs的作用：
1.由于Cgs的存在，少量的静电就可以在GS之间产生巨大的电压，这个电压是非常具有破坏性的，这时候通过Rgs就可以把上面的电荷放掉。保护管子。
2.提供偏置电压。
说完这些我们可以说一下米勒效应的事情了：
图6
对于如此的一个反向放大器，I=（Vi-Vo）/ Z.
Zin=Ui/I=Z/（1+A）
如果将Z换成电容（我们知道电容的s域表达式是1/SC）
那么可以得到Cin=1/SC(1+A)，也就是输入电容被放大了，这被称作为米勒效应。
图7
然后我们就能说一下米勒平台的事了。如图7，是mos管整个开通过程中Vgs，Vds和Id的变化图形。
很明显，在我们看来，在t1时间内，Vgs上升到Vth，接着继续上升达到Vgp米勒电压然后保持很长一段时间，直到t3结束都不会变化，此时Id逐渐增大直到稳定。
之前我们说过Cgs，然后也说过还有其他寄生电容，在米勒平台的分析中我们还需要关注的是Cgd。这里值得注意的是这两个电容值都跟加在它们上的电压有关
在t3开始之前，Cgs都远大于Cgd，而我们知道，导通MOS管和对Vgs充电是等价的，所以在t3之前，Vgs上升斜率主要由Cgs决定。但是t3开始后，Cgd会迅速增大，成为Vgs上升斜率的主导因素，而由于此时其值太大，几乎所有的栅极电流都被用于给Cgd充电，从而导致了Vgs在这部分的斜率几乎为0。这就是米勒平台的成因。
不过在实践当中，米勒平台的前面一般会有一个尖峰。
这是由于源极附近的杂散电感引起的。
本期就到这里，谢谢观看！
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参考文献
【1】张飞说电子 米勒平台的形成原因
【2】北京稳固得电子 工程师必须掌握的MOS管驱动设计细节
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