MOSFET电路栅源极GS之间并联电容后，MOS管为什么会炸管？原因分析

Part 01

前言

上一篇文章我们介绍了在进行MOSFET相关的电路设计时，可能会遇到MOSFET误导通的问题，为了解决此问题，我们提出了两种方法，一种是增大MOSFET栅极串联电阻的阻值，另外一种是在MOSFET栅-源极之间并联一个电容，有读者在评论区说如果在栅-源极并联一个电容，MOSFET可能会出现炸管的问题？那么在MOSFET栅-源极并联电容和MOSFET炸管是否真的有联系？内在的机制又是什么？如何解决？今天我们就详细分析一下。

Part 02

原因分析

在硬件电路设计中，电子元器件经常会出现EOS损坏，什么是EOS损坏呢？EOS对应的英文名称是Electrical Overstress，也就是电气过应力，指的是元器件因受到超过其额定极限的电应力，比如电压，电流，温度而损坏，这也是硬件工程师在售后件分析中的基本分析方向。

回到我们今天的主角MOSFET，MOSFET炸管也有三大原因，电压，电流，温度，比如MOSFET漏源极两端的电压超过了最大极限值，或者MOSFET的漏源极电流超过了最大极限值，或者MOSFET的温度超出了最大结温，这些参数限值我们都可以在规格书中查阅：

对MOSFET而言，如果在MOSFET栅-源极之间并联一个电容，不会导致MOSFET漏源极过压，也不会导致漏源极电流过流，那导致MOSFET炸管的原因大概率就是过温了。那电容是如何导致MOSFET过温的呢？

Part 03

GS并联电容如何导致MOS过温炸管？

MOSFET工作就会产生损耗，MOSFET的功耗有两大部分，导通损耗，开关损耗，导通损耗是指MOSFET在“导通”状态，即栅极电压大于MOSFET平台电压，此时MOSFET完全导通下产生的损耗。导通时，漏极和源极之间存在一个小电阻，称为导通电阻RDS(on)，当电流流过时产生的功耗。

导通损耗Pcon主要与MOSFET的导通电阻有关：

通过上面的公式可以得出以下结论：

导通电阻越大（导通电阻随温度升高而增加），导通损耗越高。

负载电流越大，导通损耗越高。

在MOSFET栅-源极之间并联一个电容不会影响负载电流和导通电阻。

开关损耗是MOSFET在开启和关断过程中产生的损耗。在每次开关时，MOSFET从导通到截止或从截止到导通的过程中，漏极电流和漏极-源极电压并非瞬间达到目标状态，而是有一个渐变过程。在这个过程中，电压和电流同时存在，导致功耗。

看下图就能明白了，由于MOS存在寄生电容，导致MOSFET存在米勒效应，在t1时间段内，Vds不变，Id增加，对应的功耗为蓝色区域，在t2时间段内，Vds减小，Id基本不变（实际会缓慢增加），对应的功耗为蓝色区域。

开关损耗Psw的近似公式为：

Vds是漏-源电压。

Id是漏极电流。

ton和toff分别是MOSFET的开通时间和关断时间(ton=t1+t2)。

f是开关频率。

在MOSFET栅-源极之间并联一个电容，由于电容充电需要时间，进而会增加MOSFET的开通时间和关断时间，从而增大开通和关断损耗，MOSFET的温升=损耗*热阻，如果电容容值过大就会导致MOSFET炸管。

如何计算并联电容导致MOSFET开通时间和关断时间的变化呢？我们可以基于电容充电的计算模型，把驱动MOSFET开启，看作是对MOSFET栅源极电容Cgs，栅漏极电容Cgd充电，计算将电容充满电所需的时间即可，具体的推导后续重开文章分析，本文着重分析栅-源极之间并联一个电容和MOSFET炸管内在机理。