为什么（不）在FET栅极上放置电阻？

在思考保护MOSFET的方法时，一个想法是在门前放置一个极高的电阻：该想法是永远不要让电流流过门，因此，如果某些瞬态威胁门，则电阻会限制电流，可能会阻止FET烧坏。

实际上，在研究MOSFET保护时，我遇到了这种集成保护的产品，该产品的功能包括“内部串联栅极电阻”，如图所示：

如果这个想法是正确的，那么问题是：为什么不总是在任何FET的栅极之前放置一个兆欧电阻？

还是出于实际原因，栅极电阻通常不会保护FET？甚至会对性能产生不利影响？

栅极源极是一个电容器。因此，使用此高电阻器，将需要很长时间才能充电。MOSFET仅在栅极电容器充电到某个水平（阈值电压）以上时才导通，因此切换速度非常慢。

栅极驱动器之所以经常使用是因为它们能够对栅极电容器快速充电（通常使用1A以上的电流），因此可以将开关时间降至最短。

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栅极上的大电阻会减慢MOSFET的开关速度。当您将MOSFET用作开关（ON-OFF）时是可以的，但是当您以20kHZ及更高的频率驱动电机时，应尽快进行开关以最大程度地减少热量损失（开关速度越快意味着功耗越少）。请注意，您在栅极看到的电阻器不仅用于保护MOSFET，还用于保护驱动MOSFET的所有器件（例如：微控制器）。过多的电流可能会涌入并损坏I / O引脚。

正如Darko所说，当从栅极侧看MOSFET时，它就是一个电容器。该电容器充满电所需的电荷称为栅极电荷（您可以在数据表中找到它）。充电后，MOSFET的电阻（RDS）降至最小值。因此，您可以理解，尝试在没有串联电阻的情况下驱动该引脚意味着驱动器将沉没/拉高电流（与为电容器充电时的浪涌电流相同）。

$\Omega$

实际上，这确实会在栅极电荷较高时确实降低开关速度，例如在15V 1.5A负载下的最小关断时间为1.6ms。不对称的开关时间意味着它们实际上可能在电阻两端有一个二极管，以加快“接通”时间。钳位时，二极管将反向偏置，如下所述。

大阻值的电阻无论如何也无法保护栅极，这是永久性击穿和绝缘损坏，而不是二极管击穿。因此，ESD齐纳二极管位于栅极引线上，以防止栅极-源极电压过高。

那么，为什么要在您要求的地方放一个电阻呢？好吧，这样其他（过电压）齐纳管就可以完成任务。想象最坏的情况，我们将栅极引线短接到源极，然后可悲地增加漏极上的电压（通过一些外部负载），以等待DS击穿。当流过齐纳二极管的电流超过某个mA时，MOSFET将导通并钳位过电压。

由于栅极电容很大，因此功率MOSFET通常对ESD不太敏感。栅极实际上在典型的50V-100V击穿，因此大量能量必须到达栅极。相比较而言，RF MOSFET之类的微小MOSFET对ESD非常敏感。但是，典型的ESD人体模型甚至足以损坏中等功率的MOSFET栅极。

将串联电阻放在MOSFET栅极的前面还有另一个原因- 故意减慢开关速度。这有助于最小化电路中的压摆率，因此可以减少传导和辐射发射，这可能是有用的EMC技术。

但是，需要明确的是，绝对不包括所示电阻器的用途-正如其他人所指出的那样，这是为了将钳位齐纳管保持在安全工作区域内。另外，请注意，降低开关沿的速度会对电路性能产生负面影响（开关沿的热损耗增加为一），因此，使用这种技术都是一种折衷方案。

如果还使用齐纳二极管将栅极源极电压限制为小于MOSFET的Vgs额定值，则可以使用栅极串联电阻。典型额定值为20V，将使用10V或15V齐纳二极管。

为了快速打开/关闭，可以将一个小电容器与电阻并联放置。假设电容器最初已放电。当您打开FET时，电流将流经电容器，并且电容器与FET的输入电容之间几乎会发生瞬时电荷分配。FET将立即导通。如果在栅极驱动波形的边缘期间电容器短路，则打开速度将几乎相同。同样的效果在关闭时起作用。

栅极电荷划分的工作原理如下。假设栅极电压和电容器两端的电压最初为0，然后导通...

V_c = Qg / C_drive
Vgs = V_drive-V_c_drive

V_drive是栅极驱动电压。
对于给定的Vgs，Qg是FET数据表中列出的总栅极电荷= V_drive
C_drive是与驱动电阻并联的电容器。
Vgs是FET栅极的源极电压。
V_c_drive是开关之后C_drive两端的电压。

例如，如果通过具有10V驱动信号的10nF电容器驱动FET，并且在Vgs = 10V时总栅极电荷为1nC，则电容器将充电至...

V_c_drive = 1nC / 10nF = 0.1V
Vgs = 10V-0.1 V = 9.9伏

注意，这当然是一个近似值，因为Vgs不是10V，所以Qg实际上比假设的要小一些。

并联栅极电阻的作用是使电容器两端的电压始终趋于0V。因此，开关之后，电容器电压将以R * C时间常数的速率从0.1V缓慢降至0V。在关断周期中，电荷将以另一种方式分配，因此，当以在接通时使用的相同方向测量时，最终电容器电压将为-0.1V。

请注意，在关闭FET之前，无需等待电容器放电。如果您要立即将FET从打开状态切换到关闭状态，则关闭时的电荷分配将完全抵消打开时发生的情况，并且在周期结束时电容器电压将接近于0。

电容器的值应足够大，以使FET在所需的驱动电压下的总栅极电荷仅产生较小的电容器电压，但又应足够小，以免过多的瞬态能量通过。通常，您应该使C_drive> Qg / 1V。

可以使用的电阻量取决于MOSFET数据表中最坏情况下的栅极泄漏电流以及齐纳二极管的泄漏电流。重要的一点是，在整个温度范围内，总漏电流乘以串联电阻必须远小于MOSFET阈值电压。

例如，如果您的FET阈值电压为3V，则R *泄漏电流必须远小于3V。关键是要防止泄漏使电阻器不堪重负，并避免产生直流偏置，以使FET在错误的时间保持导通或截止状态。

大多数FET在其数据表中列出了最大1uA以下的栅极泄漏。大多数齐纳二极管泄漏几uA，并且泄漏随温度呈指数增加。因此，齐纳二极管解决了大部分栅极泄漏问题。因此，我认为100K或10K可能比1MEG更合适。