为什么MOS管栅极串联电阻越小越好
在一周前看到在公众号“电机控制设计加油站”的一篇推文，“why 100ω？ 较真的教授发现简单结论背后不简单的问题”，对mosfet管栅极为什么放置“一个约100ω串联电阻”进行讨论。
推文一开始就讲到：只要问任何经验丰富的电气工程师——如我们今天故事里的教授 gureux ——在 mosfet 栅极前要放什么，你很可能会听到“一个约 100 ω 的电阻”。
虽然我们对这个问题的答案非常肯定，但你们或许会继续问——“为什么呢？他的具体作用是什么呢？电阻值为什么是 100 ω 呢”
年轻教授neubean怀着好奇心对于通常在mosfet栅极串联100ω电阻做法进行了实验研究，并得出了一个结论可以安抚自身疑问的心灵，但是感觉他最终还是没有真正抓住问题所在。
我们知道，mosfet器件是电压控制器件，与双极性三极管不同的是，mosfet管的导通只需要控制栅极的电压超过其开启阈值电压即可，不需要栅极电流。所以本质上，mos管工作室栅极上无需串联任何电阻。
对于普通的双极性三极管，它是电流控制器件。它的基极串联电阻r1是为了了限制基极电流的大小，否则对于驱动信号源来说，三极管的基极对地之间就等效成一个二极管，会对前面驱动电路造成影响。
如果对于mos管，由于它的栅极相对于漏极和源极是绝缘的，所以栅极上无需串联电阻进行限流。
相反，考虑到mos管栅极存在的寄生电容，为了加快mos管导通和截止的速度，降低mos管在导通和截止过程中的损耗，它的栅极上的等效电阻应该越小越好，最好为0。
可是很多实际mosfet电路中，在mos管栅极上所串联的电阻几乎无处不在，似乎大家都忘记了，这个电阻存在会延长mos导通和截止的时间，增加无谓的损耗。
下面给出网络上随便找到几个mos管电路，可以看到红色圆圈中表示出它们的栅极都有串联的电阻。
上面电路示例中，有两个是将mosfet放在反馈电路中，mos管不是工作在开关状态，因此这两个电路中所串联的电阻本质上应该是配合mos管栅极电容来减小电路的频率响应，增加电路相位稳定裕度的。
这和推文“why 100ω？ 较真的教授发现简单结论背后不简单的问题”中neubean教授实验讨论的情形相似，只是neubean教授更狠，他在讨论中将mos栅极串联电阻增大到1mω，并通过仿真发现增大栅极电阻在他的电路中反而会引起输出不稳定。所以栅极串联电阻越小越好。如下是neubean的电路。
很可惜，neubean教授最后只是得到栅极电阻rgate越小越好，但为什么不减少到0欧姆？为何还需要保留100欧姆呢？对于这个问题他的导师gureux也只是自信的表示，就选择100欧姆就好了。
关于mos管栅极串联电阻，特别是对工作在开关状态的mosfet栅极串联电阻的作用，通常的解释是为了防止mosfet开关过程中产生震荡波形，这不仅会增加mosfet开关损耗，如果震荡过大，还会引起mos管被击穿。
如下是对该现象所做的仿真实验。下面电路中，最后的mos管栅极串联有电阻r3，它的漏极负载是一个电感负载，同时还包括有10nh的线路分布电感
实验中，对r3分别取1欧姆，10欧姆，50欧姆进行仿真实验，可以看到当r3为1欧姆的时候，在输出电压vds上有高频震荡信号。
当r3增加到10欧姆的时候，输出vds的高频震荡信号明显被衰减了。
当r3增加到50欧姆的的时候，vds的上升沿变得比较缓慢了。在它的栅极电压上，也明显出现因为漏极-栅极之间的miller电容效应所引起的台阶。此时对应的mos管的功耗就大大增加了。
由上面的仿真实验结果来看，在mos管栅极上所串联的电阻需要根据具体的mos管和电路分布杂散电感来确定，如果它的取值小了，就会引起输出振铃，如果大了就会增加mos管的开关过渡时间，从而增加功耗。
然而上面的仿真电路还没有揭示出栅极电阻所起的的真正作用。下图是在英飞凌半导体工作给出的功率mos管栅极串联电阻对于消除开关震荡所起到的真正作用。
在功率mos管的驱动电路回路中，会存在着各种分布电感lp，他们与mosfet的cgd， cge会形成谐振电路。它们会对开关驱动信号中的高频谐波分量产生谐振，近而引起功率管输出电压的波动。
在mos管的栅极串联电阻rg，可以增大mos管驱动回路中的损耗，降低谐振回路的q值，使得电感，电容谐振现象尽快衰减。
这其中存在一个最佳串联电阻rg，使得驱动回路恰好处在临界阻尼状态，此时mos管驱动信号处在小的震荡和快速开关状态的折中。因此，rg应该与mosfet驱动回路的分布电感和它的杂散电容有关。因此它不是一个固定值，需要根据实验来确定。
谈到这儿，再重新看推文“why 100ω？ 较真的教授发现简单结论背后不简单的问题”中的讨论，虽然neubean证明了他的电路中的mos管栅极串联电阻越小越好，但当讨论到一定取100欧姆的时候，neubean的导师gureux教授就不应该那么自信了。
原文标题：栅极电阻为什么要取100欧姆？
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推文一开始就讲到：只要问任何经验丰富的电气工程师——如我们今天故事里的教授 gureux ——在 mosfet 栅极前要放什么，你很可能会听到“一个约 100 ω 的电阻”。
虽然我们对这个问题的答案非常肯定，但你们或许会继续问——“为什么呢？他的具体作用是什么呢？电阻值为什么是 100 ω 呢”
年轻教授neubean怀着好奇心对于通常在mosfet栅极串联100ω电阻做法进行了实验研究，并得出了一个结论可以安抚自身疑问的心灵，但是感觉他最终还是没有真正抓住问题所在。
我们知道，mosfet器件是电压控制器件，与双极性三极管不同的是，mosfet管的导通只需要控制栅极的电压超过其开启阈值电压即可，不需要栅极电流。所以本质上，mos管工作室栅极上无需串联任何电阻。
对于普通的双极性三极管，它是电流控制器件。它的基极串联电阻r1是为了了限制基极电流的大小，否则对于驱动信号源来说，三极管的基极对地之间就等效成一个二极管，会对前面驱动电路造成影响。
如果对于mos管，由于它的栅极相对于漏极和源极是绝缘的，所以栅极上无需串联电阻进行限流。
相反，考虑到mos管栅极存在的寄生电容，为了加快mos管导通和截止的速度，降低mos管在导通和截止过程中的损耗，它的栅极上的等效电阻应该越小越好，最好为0。
可是很多实际mosfet电路中，在mos管栅极上所串联的电阻几乎无处不在，似乎大家都忘记了，这个电阻存在会延长mos导通和截止的时间，增加无谓的损耗。
下面给出网络上随便找到几个mos管电路，可以看到红色圆圈中表示出它们的栅极都有串联的电阻。
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这和推文“why 100ω？ 较真的教授发现简单结论背后不简单的问题”中neubean教授实验讨论的情形相似，只是neubean教授更狠，他在讨论中将mos栅极串联电阻增大到1mω，并通过仿真发现增大栅极电阻在他的电路中反而会引起输出不稳定。所以栅极串联电阻越小越好。如下是neubean的电路。
很可惜，neubean教授最后只是得到栅极电阻rgate越小越好，但为什么不减少到0欧姆？为何还需要保留100欧姆呢？对于这个问题他的导师gureux也只是自信的表示，就选择100欧姆就好了。
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