在一周前看到在公眾號“電機控制設計加油站”的一篇推文，“Why 100Ω? 較真的教授發現簡單結論背后不簡單的問題”（點擊加黑文字可以跳轉到該推文），對MOSFET管柵極為什么放置“一個約100Ω串聯電阻”進行討論。

推文一開始就講到：只要問任何經驗豐富的電氣工程師——如我們今天故事里的教授 Gureux ——在 MOSFET 柵極前要放什么，你很可能會聽到“一個約 100 Ω 的電阻”。

雖然我們對這個問題的答案非?？隙?，但你們或許會繼續問——“為什么呢？他的具體作用是什么呢？電阻值為什么是 100 Ω 呢”

年輕教授Neubean懷著好奇心對于通常在MOSFET柵極串聯100Ω電阻做法進行了實驗研究，并得出了一個結論可以安撫自身疑問的心靈，但是感覺他最終還是沒有真正抓住問題所在。

我們知道，MOSFET器件是電壓控制器件，與雙極性三極管不同的是，MOSFET管的導通只需要控制柵極的電壓超過其開啟閾值電壓即可，不需要柵極電流。所以本質上，MOS管工作室柵極上無需串聯任何電阻。

對于普通的雙極性三極管，它是電流控制器件。它的基極串聯電阻R1是為了了限制基極電流的大小，否則對于驅動信號源來說，三極管的基極對地之間就等效成一個二極管，會對前面驅動電路造成影響。

如果對于MOS管，由于它的柵極相對于漏極和源極是絕緣的，所以柵極上無需串聯電阻進行限流。

相反，考慮到MOS管柵極存在的寄生電容，為了加快MOS管導通和截止的速度，降低MOS管在導通和截止過程中的損耗，它的柵極上的等效電阻應該越小越好，最好為0。

可是很多實際MOSFET電路中，在MOS管柵極上所串聯的電阻幾乎無處不在，似乎大家都忘記了，這個電阻存在會延長MOS導通和截止的時間，增加無謂的損耗。

下面給出網絡上隨便找到幾個MOS管電路，可以看到紅色圓圈中表示出它們的柵極都有串聯的電阻。

上面電路示例中，有兩個是將MOSFET放在反饋電路中，MOS管不是工作在開關狀態，因此這兩個電路中所串聯的電阻本質上應該是配合MOS管柵極電容來減小電路的頻率響應，增加電路相位穩定裕度的。

這和推文“Why 100Ω? 較真的教授發現簡單結論背后不簡單的問題”中Neubean教授實驗討論的情形相似，只是Neubean教授更狠，他在討論中將MOS柵極串聯電阻增大到1MΩ，并通過仿真發現增大柵極電阻在他的電路中反而會引起輸出不穩定。所以柵極串聯電阻越小越好。如下是Neubean的電路。

很可惜，Neubean教授最后只是得到柵極電阻Rgate越小越好，但為什么不減少到0歐姆？為何還需要保留100歐姆呢？對于這個問題他的導師Gureux也只是自信的表示，就選擇100歐姆就好了。

關于MOS管柵極串聯電阻，特別是對工作在開關狀態的MOSFET柵極串聯電阻的作用，通常的解釋是為了防止MOSFET開關過程中產生震蕩波形，這不僅會增加MOSFET開關損耗，如果震蕩過大，還會引起MOS管被擊穿。

如下是對該現象所做的仿真實驗。下面電路中，最后的MOS管柵極串聯有電阻R3，它的漏極負載是一個電感負載，同時還包括有10nH的線路分布電感

實驗中，對R3分別取1歐姆，10歐姆，50歐姆進行仿真實驗，可以看到當R3為1歐姆的時候，在輸出電壓Vds上有高頻震蕩信號。

當R3增加到10歐姆的時候，輸出Vds的高頻震蕩信號明顯被衰減了。

當R3增加到50歐姆的的時候，Vds的上升沿變得比較緩慢了。在它的柵極電壓上，也明顯出現因為漏極-柵極之間的Miller電容效應所引起的臺階。此時對應的MOS管的功耗就大大增加了。

由上面的仿真實驗結果來看，在MOS管柵極上所串聯的電阻需要根據具體的MOS管和電路分布雜散電感來確定，如果它的取值小了，就會引起輸出振鈴，如果大了就會增加MOS管的開關過渡時間，從而增加功耗。

然而上面的仿真電路還沒有揭示出柵極電阻所起的的真正作用。下圖是在英飛凌半導體工作給出的功率MOS管柵極串聯電阻對于消除開關震蕩所起到的真正作用。

在功率MOS管的驅動電路回路中，會存在著各種分布電感Lp，他們與MOSFET的Cgd, Cge會形成諧振電路。它們會對開關驅動信號中的高頻諧波分量產生諧振，近而引起功率管輸出電壓的波動。

在MOS管的柵極串聯電阻Rg，可以增大MOS管驅動回路中的損耗，降低諧振回路的Q值，使得電感，電容諧振現象盡快衰減。

這其中存在一個最佳串聯電阻Rg，使得驅動回路恰好處在臨界阻尼狀態，此時MOS管驅動信號處在小的震蕩和快速開關狀態的折中。因此，Rg應該與MOSFET驅動回路的分布電感和它的雜散電容有關。因此它不是一個固定值，需要根據實驗來確定。

談到這兒，再重新看推文“Why 100Ω? 較真的教授發現簡單結論背后不簡單的問題”中的討論，雖然Neubean證明了他的電路中的MOS管柵極串聯電阻越小越好，但當討論到一定取100歐姆的時候，Neubean的導師Gureux教授就不應該那么自信了。

審核編輯：湯梓紅