下图展示了一个咱们常见的简单电路：利用一个NMOS（Q2）来控制PMOS（Q1）的通断，它通常应用于需要对某路电压进行时序控制的场景，例如电源时序管理、背光电压或LCD屏供电的控制。然而，在实际的产品兼容性设计中，我们往往会面临两种输入电压的情况：

第一，输入电压VCC为DC12V或DC24V，也就是两种电压二选一。第二，输入电压VCC为DC12V和DC24V，也就是同时存在两种输入电压。不同输入电压会对主回路产生什么影响？关键在于，它会改变控制PMOS Q1的栅源电压Vgs。
当 VCC = 12V 且 PWM 为高电平时，Q2 导通后，计算可得 Q1 的Vgs=6V；
当 VCC = 24V 且 PWM 为高电平时，Q2 导通后，计算可得 Q1 的Vgs=12V。这就引出了一个核心问题：在不同输入电压下，Q1 的Vgs值会随之变化。那么Vgs应该设定为多少才合适？这样的设计是否存在潜在风险？

通过以上分析，我们已经明确了问题所在。接下来，我们将从以下几个方面逐步讨论，咱们一起寻找问题的答案。

01

了解栅源电压Vgs要确保MOS管正常导通，我们首先需要了解一个基本参数：阈值电压Vgs(th)。这是使MOS管开始导通所需的最小栅源电压。只有当施加的Vgs电压大于此阈值时，MOS管才会开启。那么，Vgs(th)的具体数值是多少呢？实际上，它因不同的MOS管型号而异。我们可以通过查阅任意一款MOS管的规格书来找到这个参数。以下图为例，这款MOS管在Vgs=Vds的测试条件下，其Vgs(th)最大值为2.5V，但请注意，此时对应的漏极电流ID仅为250μA。如此小的电流显然无法满足大多数实际应用的需求，我们通常需要MOS管能够通过更大的电流。细心的同学可能已经注意到，前面提到的Vgs(th)最大值2.5V是在结温Tj=25℃的条件下给出的。如果产品的实际工作环境温度范围较宽，我们还能简单地按照这个2.5V来设计驱动电路吗？

答案显然是否定的。因为MOS管是金属氧化物，半导体场效应晶体管，半导体中载流子的迁移率与外界温度环境直接相关，温度变化会显著影响阈值电压。

所以这里有一个误区就是将开启电压与最佳工作电压搞混了。2.5V是让MOS管开始导通的门槛，因此仅仅满足阈值电压并不足以实现充分的导通，我们还需要关注能使MOS管输出足够电流的实际驱动电压。

为了准确评估这种影响，我们可以在器件手册中找到如下图所示的温度特性曲线。

如图我们可以看到，温度越高，Vgs(th)越小，温度越低，Vgs(th)越大。所以我们在设计驱动电压时，不要觉得只要超过了阈值电压就可以正常开通MOS管了。那驱动电压还跟什么有关？我们通过两张图咱们再来进一步理解一下。第一张图，假定横坐标VDS电压都是0.4V，可以看出Vgs驱动电压越大，输出电流也就越大，也就意味着Vgs电压决定了MOS管的导通程度，只要提高Vgs，MOS管就能从相同的电压获得更大的电流。第二张图，在温度为25℃条件下，也就是图中黑色的曲线，可以看出MOS管的导通电阻RDS(on）不是一个固定值，它与Vgs电压的强度密切相关。
随着Vgs升高，半导体内部形成的导电沟道会显著增强，会有更宽更深的沟道为载流子提供了更低阻力的通路，从而使RDS(on)大幅降低。综上，尽可能的提高Vgs电压，使MOS管尽可能完全饱和，使其达到数据手册上标称的最低RDS(on)，从而最大程度地减少导通损耗。

02

米勒平台

如图，MOS管内部有寄生电容Cgs，Cgd，Cds。因为寄生电容的存在，所以给栅极电压的过程就是给电容充电的过程。

其中：

输入电容Ciss=Cgs Cgd，

输出电容Coss=Cgd Cds，

反向传输电容Crss=Cgd，也叫米勒电容。

然而，这三个等效电容是构成串并联组合关系，它们并不是独立的，而是相互影响，其中一个关键电容就是米勒电容Cgd。这个电容不是恒定的，它随着栅极和漏极间电压变化而迅速变化，同时会影响栅极和源极电容的充电。

上图为米勒平台，也叫米勒效应，是指MOS管g、d的极间电容Crss在开关动作期间引起的瞬态效应。在米勒平台这段时间里，MOS管处于半开半关的状态：漏源电压（VDS）正在下降，而漏极电流（ID）却在上升。这种高电压和大电流同时存在的阶段，会产生很大的开关损耗，导致MOS管在瞬间严重发热。

因此，我们总希望这个平台的时间越短越好。

03

Vgs如何取值？首先，我们可以确认Vgs的电压值能承受的最大范围，随意打开一个MOS管的规格书，可以看到Vgs工作的电压范围在±20V，这也是它的最大耐压，所以驱动电压一定不能超过±20V。根据经验值，像开关电源的功率MOS管由于需要降低导通损耗，以及通过较大电流，一般的G极驱动电压都是10V-15V。对于做逻辑电平转换器件，可适当降低驱动电压。
其次电压一定要高于米勒平台，这个米勒平台的电压没有一个具体的数值，它取决于器件参数、工作条件和驱动设计。可以用示波器来测量。所以回到咱们最初的问题，当Vgs=12V肯定是可以的，12V这个驱动电压，已经比MOS管米勒平台电压高出一大截了。这就好比给你的栅极电容Ciss配了一个马力更大的充电泵，能一下子灌进更大的瞬时电流。

这样一来，MOS管就像被猛推了一把，能用更快的速度冲过那个速度又慢、功耗又大的米勒平台危险区。整个开关切换的过程一下子就缩短了。

而开关时间越短，MOS管在半开半关那种挣扎状态里呆的时间就越少，就是开关损耗自然就越低。

当Vgs=6V时，这样的设计是否存在潜在风险？大家心里也就有了答案。文档已上传知识星球今天的分享就到这里，咱们下期再见。