1、功率MOSFET常規的開關特性

功率MOSFET在開通的過程中，當VGS的驅動電壓從VTH上升到米勒平臺VGP時間段t1-t2，漏極電流ID從0增加系統的最大的電流，VGS和ID保持由跨導GFS所限制的傳輸特性曲線的關系，而VDS的電壓保持不變，這一個時間區域稱為di/dt，主要由柵極總電阻RG和Ciss電容所控制。其中，米勒平臺VGP的電壓由跨導GFS和負載電流所決定。

圖1：功率MOSFET在開通的過程

功率MOSFET進入米勒平臺后，在t2-t3期間，VGS的電壓保持米勒平臺VGP不變，漏極電流ID保持系統的最大的電流不變，VDS電壓從最大的輸入電壓下降到0，這一個時間區域稱為dV/dt，主要由柵極電阻RG和Crss電容所控制。

在這二段時間內，VDS電壓和ID電流具有交疊，因此產生開關損耗。和平面技術相比，超結結構的功率MOSFET開通過程中不同的地方在于：VDS電壓從最大的輸入電壓下降到0的時間，小于米勒平臺時間，因此，用米勒平臺時間計算開關損耗，會遠遠大于實際的開關損耗。

另外，對于關斷的過程，特別是新一代的超結結構的功率MOSFET，在一定的范圍內，dV/dt、di/dt已經不受柵極驅動電路的控制，通過調整外部的柵極電阻，不能控制系統的dV/dt、di/dt。

2、超結結構的功率MOSFET零電壓ZVS關斷特性

通常，功率MOSFET的關斷特性受柵極串聯的電阻和Crss的控制，但是，新一代超結結構的功率MOSFET柵極電荷、Coss和Crss的非線性特性增加，在高壓下電容變得非常小，在低壓時電容又變得非常大，如果使用柵極電阻值比較小，最終導致關斷過程和傳統的模式具有不同的特性；而且， 有些超結功率MOSFET的Coss會出現滯洄特性 ，以后文章會講述這個問題。

關斷過程中，VDS的斜率為：

在米勒平臺處，dVDS/dt= dVGD/dt，CGD中產生的電流和柵極電阻RG的電流分別為：

其中，CDS為D、S極之間Coss和外加的電容總和；

CGD為G、D極之間Crss和外加的電容總和；

RG為柵極內部和外串的電阻總和；

VP為米勒平臺電壓。

關斷過程中，當柵極驅動電阻值比較小，柵極放電的電流比較大，柵極電壓VGS下降的速度非常快。通常情況下，米勒平臺維持平臺電壓時， dVDS/dt在CGD中產生的電流應該等于柵極電阻的電流：

圖2：關斷過程中米勒平臺狀態的電流

新一代超結功率MOSFET關斷時，從米勒平臺開始，VDS電壓從0開始上升，但是VDS在0V以及較低的電壓值時，超結功率MOSFET的輸出電容Coss非常非常大，負載電流對電容CDS充電的速度非常慢，VDS的電壓上升非常慢，dVDS/d非常低，就會導致VDS電壓的變化提供給CGD的電流小于流過柵極驅動電阻的電流：

根據節點電流的原理，Ciss電容必須放電，維持節點電流的平衡，因此，VGS會快速的下降，導致功率MOSFET溝道快速的完全關斷，溝道電流為0，而VDS電壓仍然維持非常低的值；然后，幾乎全部的負載電流繼續對輸出電容CDS充電。

因此，這種開關特性和常規的關斷過程的機制不同，柵極驅動電路的柵極電阻參數，不能有效控制VDS電壓的變化率，VDS電壓的變化率主要受輸出電容CDS和負載電流控制。

由上述公式，超結功率MOSFET溝道提前關斷的條件為：

電容CGD和米勒平臺電壓也影響VDS電壓變化。

由上面的公式，可以的到：

（1）、新一代超結功率MOSFET如果想用RG控制關斷的dV/dt，RG必須增加到非常大的值，這又會導致開關的速度非常慢，增加開關損耗和延時開關。

（2）、增大CGD的值，也就是G、D外加并聯電容，就可以使用較小的RG，來控制關斷的dV/dt，這樣一個比較優化的方法。

（3）、增大CDS的值，D、S外加并聯電容方法來控制關斷的dV/dt，其缺點是會增加開通的電流尖峰和dI/dt。

如果功率MOSFET流過的負載電流變化的范圍大，不外加元件，在關斷過程中，dV/dt、di/dt也會在很大的范圍內變動，對對系統的EMI和器件可靠性帶來問題。

另外可以發現，超結功率MOSFET關斷的特性，非常接近于零電壓開關ZVS的關斷模式，就是VDS電壓和ID電流具有交疊的時間非常短，圖3展示了功率MOSFET的柵極驅動電阻值非常小的工作波形，從波形可以看到，關斷的VDS和ID波形的交錯區域非常小，類似于零電壓開關ZVS的關斷模式，因此關斷損耗非常小，在硬開關的電源結構中，可以提高系統的效率。

當然，如果超結功率MOSFET的 Coss具有滯洄特性 ，那么，相應的 開關損耗就會產生滯洄損耗的特性**** ，以后再講述這個問題。

圖3：功率MOSFET的柵極驅動電阻值非常小的工作波形

3、總結

新一代的超結結構的功率MOSFET的柵極驅動電阻值較小時，dV/dt主要受輸出電容Coss和最大的負載電流的限制；di/dt隨著負載電流的上升，以非常快的速度上升，在大的負載電流時，主要受外部的寄生電感和外部應用電路的限制。當柵極驅動電阻增加到非常大的值時，dV/dt開始部分受到驅動電路的限制，di/dt情況也基本類似。

新一代的超結結構的功率MOSFET通常需要外加電容和柵極電阻相配合，控制器件的開關速度，保持柵極驅動電路的電阻對器件關斷過程的dV/dt、di/dt的可控或部分的可控，從而保證器件在極端的條件下工作在可靠的工作區，或滿足系統EMI要求。