MOSFET的栅极开启电压只有2V，那为什么要用10V去驱动它？

Part 01、前言

当我们打开MOSFET的数据手册时，一个常见的问题常常让初学者感到困惑：这款MOSFET的栅极开启电压（VGS(th)）明明标注只有2V，为什么在很多的应用电路中，大家都在用10V甚至12V的电压去驱动它？这是多此一举吗？

这种困惑源于一个普遍的误解，就是将"开启电压”与“最佳工作电压”混为一谈了。2V只是让MOSFET开始导通的门槛，当然了上面的截图中，这个MOS最坏情况下开启电压会4V，而10V才是让MOS高效工作关键。

接下来咱们就聊聊这个问题。

首先，我们必须弄清数据手册中VGS(th），也就是栅极阈值电压的准确定义。在MOSFET的数据手册中，这个2V的阀值电压，通常是在一个极小的、几乎可以忽略不计的漏极电流(ID）下测得的。例如，数据手册会标注："VGS(th）= 2V(Typical) @ ID = 250μA"。

这意味着什么？2V的栅压，仅仅能让MOSFET开始导通，允许250μA的电流流过。对于一个额定电流为几十安的功率MOSFET来说，250μA的电流无异于截止。如果把MOSFET比作一个水龙头，2V的栅压仅仅是把水龙头拧到了开始滴水的状态，而我们的目标是让它全速出水。

我们使用MOSFET是把它当作一个开关，我们对开关的核心要求是：

1.导通时：电阻越小越好。

2.关断时：电阻越大越好。

这就是10V驱动的第一个，也是最重要的原因：最小化导通电阻RDS(on)。MOSFET的导通电阻 RDS(on）不是一个固定值，它与栅极-源极电压的强度密切相关。VGS越高，在MOSFET内部形成的导电沟道就越宽、越深，其电阻 RDS(on）就越低。

请看下面这张典型的MOSFET特性曲线图：

我们来算一笔账：假设一个MOSFET在VGS=4.5V时RDS(on）=20mΩ，而在VGS=10V 时RDS(on）=8mΩ。如果我们需要通过10A的电流:

10V驱动：功率损耗：

4.5V驱动：功率损耗

仅因为驱动电压的不同，后者的发热量就是前者的2.5倍！这意味着需要更大的散热片、系统效率低下、成本高昂、温度高了可靠性也下降了。因此，我们使用10V驱动，是为了将MOSFET完全饱和，使其达到数据手册上标称的最低RDS(on)，从而最大程度地减少导通损耗。

10V驱动的第二个关键原因，与开关速度和开关损耗有关。这在开关电源等高频应用中尤为重要。

MOSFET的栅极，本质上是一个电容Ciss。要使其导通，就必须用驱动电路为其栅极电容充电。在充电过程中，存在一个臭名昭著的区域一一米勒平台。

简单来说，当栅极电压上升到某个值，米勒平台电压时，MOSFET的漏源电压VDS开始下降。此时，来自驱动器的电流几乎全部用于对抗一个名为米勒电容Crss的反馈电容，导致栅极电压被"钳位"在这个平台，不再上升。只有当VDS完全降至接近0时，栅极电压才能继续上升。

在米勒平台期间，MOSFET处于半导通状态，此时它身上既有高电压：VDS在下降，又有大电流：ID在上升。这种V-I交叉会产生巨大的开关损耗，导致MOSFET瞬间剧烈发热。

10V的驱动电压远高于米勒平台电压，更高的驱动电压可以向栅极电容Ciss灌入更大的瞬时电流。意味着MOSFET能以更快的速度冲过这个危险的米勒平台，使开关转换时间变得极短。开关时间越短，开关损耗就越低。

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