在電子電路設(shè)計中，MOS 管(金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)憑借其低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各類電路的功率控制與信號切換。當(dāng) MOS 管用于控制電阻分壓電路的關(guān)斷時，有時會出現(xiàn)電壓過沖現(xiàn)象，這不僅可能導(dǎo)致電路中其他元件的損壞，還會影響整個電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。深入探究 MOS 管控制電阻分壓關(guān)斷時出現(xiàn)過沖的原因，對于優(yōu)化電路設(shè)計、保障電路正常運行具有重要意義。

寄生參數(shù)的影響

寄生電容的作用

MOS 管內(nèi)部存在多種寄生電容，其中對關(guān)斷過沖影響較大的是柵極 - 源極電容(CGS)、柵極 - 漏極電容(CGD)以及漏極 - 源極電容(CDS)。當(dāng) MOS 管關(guān)斷時，柵極電壓迅速下降，由于 CGS 的存在，柵極電荷不會瞬間釋放，而是通過與之相連的電路緩慢放電。在這個過程中，CGD 會產(chǎn)生米勒效應(yīng)。米勒效應(yīng)使得等效輸入電容增大，導(dǎo)致柵極電壓的下降速度變慢，從而延長了 MOS 管的關(guān)斷時間。在 MOS 管關(guān)斷的過渡階段，漏極電壓開始上升，此時 CDS 與電路中的電感(如線路電感、負載電感等)形成 LC 諧振回路。由于 CDS 的存在，在諧振過程中，漏極電壓會出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。在一個采用 MOS 管控制的電阻分壓式降壓電路中，當(dāng) MOS 管關(guān)斷時，CDS 與線路電感產(chǎn)生的諧振導(dǎo)致漏極電壓瞬間超過電源電壓的 2 倍，對電路中的其他元件造成了嚴重威脅。

寄生電感的影響

除了寄生電容，電路中的寄生電感也是導(dǎo)致過沖的重要因素。線路電感是不可避免的，尤其是在高頻電路或大電流電路中，較長的導(dǎo)線或不合理的布線會產(chǎn)生較大的線路電感。當(dāng) MOS 管關(guān)斷時，電路中的電流迅速變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電感會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向與電流變化方向相反。在電阻分壓電路中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與電源電壓疊加，使得 MOS 管漏極電壓急劇上升，形成過沖。在一個功率較大的 MOS 管驅(qū)動電路中，由于線路布線不合理，線路電感較大，在 MOS 管關(guān)斷瞬間，漏極電壓過沖高達電源電壓的 3 倍，導(dǎo)致 MOS 管被擊穿損壞。

驅(qū)動電路的影響

驅(qū)動信號的上升 / 下降時間

MOS 管的驅(qū)動信號對其關(guān)斷特性有著直接影響。如果驅(qū)動信號的下降時間過長，會導(dǎo)致 MOS 管的關(guān)斷速度變慢，在關(guān)斷過程中，漏極電流不能迅速降為零，從而使電感儲存的能量不能及時釋放，進而在 MOS 管關(guān)斷時產(chǎn)生過沖。相反，如果驅(qū)動信號的下降時間過短，雖然 MOS 管能夠快速關(guān)斷，但由于電流變化率過大，會在電感上產(chǎn)生更高的感應(yīng)電動勢，同樣會導(dǎo)致過沖加劇。在一個采用普通三極管驅(qū)動 MOS 管的電路中，由于三極管的開關(guān)速度有限，使得 MOS 管的驅(qū)動信號下降時間長達數(shù)十微秒，導(dǎo)致 MOS 管關(guān)斷時出現(xiàn)明顯的電壓過沖，影響了電路的正常工作。

驅(qū)動電源的穩(wěn)定性

驅(qū)動電源的穩(wěn)定性也會影響 MOS 管的關(guān)斷過程。如果驅(qū)動電源存在紋波或電壓波動，在 MOS 管關(guān)斷時，不穩(wěn)定的驅(qū)動電源會使柵極電壓出現(xiàn)波動，進而影響 MOS 管的關(guān)斷特性。當(dāng)驅(qū)動電源電壓瞬間下降時，可能導(dǎo)致 MOS 管提前關(guān)斷，使得電感中的能量瞬間釋放，產(chǎn)生過沖。在一個使用開關(guān)電源為 MOS 管驅(qū)動電路供電的系統(tǒng)中，由于開關(guān)電源的紋波較大，在 MOS 管關(guān)斷時，經(jīng)常出現(xiàn)電壓過沖現(xiàn)象，通過更換為紋波較小的線性電源后，過沖問題得到了明顯改善。

負載特性的影響

感性負載的儲能與釋放

當(dāng)電阻分壓電路中的負載為感性負載時，如電機、變壓器等，感性負載在工作過程中會儲存能量。在 MOS 管關(guān)斷時，感性負載中的電流不能瞬間變?yōu)榱?，而是通過續(xù)流二極管或其他路徑繼續(xù)流動。由于電感的儲能特性，在電流換向的過程中，電感會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，導(dǎo)致 MOS 管漏極電壓升高。如果續(xù)流二極管的性能不佳或參數(shù)選擇不當(dāng)，不能及時有效地釋放電感中的能量，就會使過沖現(xiàn)象更加嚴重。在一個電機驅(qū)動電路中，由于續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時間過長，在 MOS 管關(guān)斷時，電機電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢無法及時通過續(xù)流二極管釋放，導(dǎo)致 MOS 管漏極電壓出現(xiàn)大幅度過沖，對電機和 MOS 管都造成了損害。

負載電阻的大小

負載電阻的大小也會對 MOS 管關(guān)斷過沖產(chǎn)生影響。在電阻分壓電路中，負載電阻與 MOS 管的導(dǎo)通電阻共同決定了電路的工作電流。當(dāng) MOS 管關(guān)斷時，負載電阻越小，電路中的電流變化率越大，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也就越大，過沖現(xiàn)象越明顯。在一個 MOS 管控制的電阻分壓式恒流源電路中，當(dāng)負載電阻減小到一定程度時，MOS 管關(guān)斷時的過沖電壓急劇上升，通過增大負載電阻或調(diào)整電路參數(shù)，過沖問題得到了緩解。

MOS 管控制電阻分壓關(guān)斷出現(xiàn)過沖是由寄生參數(shù)、驅(qū)動電路以及負載特性等多方面因素共同作用的結(jié)果。在電路設(shè)計過程中，需要充分考慮這些因素，通過優(yōu)化電路布局、選擇合適的驅(qū)動電路和元件參數(shù)等措施，有效抑制過沖現(xiàn)象，確保電路的穩(wěn)定可靠運行。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對 MOS 管應(yīng)用的要求也越來越高，深入研究過沖問題的產(chǎn)生機制并采取有效的解決措施，對于提升電路性能、推動電子電路技術(shù)的進步具有重要意義。