1樓：NFX2020
前幾年畢業找工作時，面試了好些公司，從半導體公司的應用工程師到新能源汽車公司裡的電力電子工程師, 對於MOSFET開關過程的考察都頻繁的出現在各種面試裡。以至於我現在面試別人時，也經常會問一些對於MOSFET開關特性的理解。這裡趁著這道問題，我也想講一講我對MOSFET開關過程的理解。
圖一 [1]
圖二 [2]
圖三[3]
這裡就基於雙脈衝測試中的下管，以及MOSFET的三電容模型，來說說我的理解。首先我想先提及乙個概念，MOSFET的跨導(gm, transconductance)。 當MOSFET還處於線性區的時候，其溝道(channel)裡電流正比於其跨導，然後跨導又正比於(Vgs - Vth)。
所以，我們先來看一下圖4中用三電容模型表示的MOSFET的關斷的過程。在關斷前，電感電流流經MOSFET。同時，由於電感很大，可以認為電感是乙個電流源。
圖四[2][3]
當電路決定關斷這個MOSFET後：
1. 驅動電路把驅動電壓下拉到零電位（或者乙個負電位，比如在某些SiC MOSFET驅動電路中）。這時，MOSFET門極上的電壓開始通過驅動電阻放電，電壓下降，如圖四中t0到t1階段所示。
同時，驅動電阻上的電流等於(Vgs - 0)/Rg，當然， Vgs這裡是在下降的。
2. 當Vgs下降到一定的程度，MOSFET的溝道從飽和區進入線性區，這意味著MOSFET的溝道（圖四中MOSFET symbol代表的東西）可以用某個阻抗來表示，雖然這個阻抗不一定是乙個恆定值。同時，我們也可以把三電容模型中，Cgd，Cgs，驅動電路代表的部分和Cds代表的部分也看成一定的阻抗。
這樣，對於電流源來說，就有三部分阻抗在併聯，電流也自然分成三份。
圖五對於MOSFET的溝道，其電流正比於 gm * (Vgs - Vth)。實際情況下，gm是乙個非線性的引數，其大小也取決於當下溝道裡的電流值以及MOSFET的一些基本引數。不過這裡，為了方便理解MOSFET的開關過程，我們可以認為gm是乙個固定值。
對於Cgd，Cgs，驅動電路那一部分阻抗和Cds那一部分阻抗來說，電流大小取決於它們和MOSFET溝道之間的阻抗比值。 Cds越大，阻抗越小，其上所分得的電流也就越多。另外乙個角度想，MOSFET漏極上的電壓要一樣，Cds越大，就需要越多的電流來充電，從而使得漏極上的電壓對於Cds，Cgd和MOSFET溝道來說都一樣。
這裡，我們先不必在意其具體分得多少電流。但可以想一下，什麼情況會進入乙個平衡狀態，就是說，Vgs電壓不再繼續下降？
答案是Cgd上分到的電流恰好等於(Vgs - 0)/Rg。 在這種情況下，Vgs也不需要繼續放電來維持驅動電阻上的電流。由於Vgs也穩定不變了，MOSFET溝道裡的電流也不再變化。
再由於負載電流的電流源的特性，Cds上的電流也不再變化。這就是進入圖四中t1到t2所表示的公尺勒平台期。
3. 什麼時候公尺勒平台會結束呢？當Cds （以及Cgd+Cgs）上電壓已經被充到Vdc時， Cgd已經無法再被充電，意味著Cgd上也不會再有充電電流時，自然的，Cgs只能繼續通過Rg放電，直到Cgs上的電壓下降到Vth。
這期間，MOSFET的溝道裡的電流（正比於 gm * (Vgs - Vth)），也會下降，如t2到t3階段所示。在t3時刻，Vgs等於Vth，MOSFET的溝道也正式關閉，電流等於零。
4. 當MOSFET溝道關閉後，Vgs就是繼續下降，一直到零為止。這樣，整個MOSFET關斷的過程也就結束了。
現在應該可以明白，當Rg，Cgd， Cds有變化時，都會如何影響公尺勒平台的時間以及公尺勒平台的電壓。如果我們在MOSFET的drain和source之間，併聯了乙個小電容（等效增大了Cds），那麼在關斷過程中，MOSFET的溝道中就會分得更少的電流，對應的，公尺勒平台的電壓就會變小一些。
那麼如果我們在設計中繼續增大併聯的小電容，又會怎麼樣呢？完全有可能，Cdg上分到的電流都不足以支撐(Vth - 0)/Rg。這樣，在Vgs下降到Vth之前，都不會遇見公尺勒平台，所以在MOSFET兩端電壓還沒有完全公升到Vdc之前，其電流就已經被關斷了，所以關斷的功率損耗就大大減小了。
這也是為什麼在一些ZVS開通的軟開關電路中，有時候在設計中會在MOSFET Cds上併聯一些小電容，目的就是減小關斷損耗。同時，也不必擔心Cds （更準確的說是Coss）上的能量在開通過程中造成的損耗，因為ZVS開通的時候，這部分損耗是不存在的。同樣的，這也是為什麼現在很多GaN FET的關斷損耗都比較小的原因，因為GaN FET中Cdg都比較小，阻抗大，所以在關斷過程中，其上所分得的電流小於(Vth - 0)/Rg，所以幾乎沒有公尺勒效應。
暫時先寫不動MOSFET開通的過程了。但我覺得如果理解了關斷的過程，其實對於開通過程的理解也是不難的了。
另外，實際電路中，由於各種寄生引數的影響，開關波形肯定不是完全如上圖所示，但裡面的基本過程是適用的。
2樓：翻車魨
樓上已經答的很棒了，我就簡略的說一說
你的主要問題是電流和電壓為何不同相位。
其實很簡單，電壓和電流經過感性和容性元件是有相位差的。而在軟開關電路中，會引入乙個諧振tank， 比如LC串聯，LLCtank等。那麼電流的波形就主要由這個諧振tank決定，而不是由的開關管開關來決定了。
始終記住一點，MOSFET開關管開關的是電壓，而不是電流。開關管開關時，電壓近似於瞬變，而電流則不會。電流可以通過寄生電容反並二極體等流通。
因此電流是受到諧振元件,負載,開關管等共同影響的。而電壓僅受原邊開關管影響。因此我們可以通過調節諧振元件等方式來做到對電流相位的調節。
從而實現軟開關。
軟開關說白了就是電壓電流有相位差。想通了這點就很好懂了。
如果想有更深的理解，建議去看電路軟開關的暫態分析，IEEE裡有很詳細的解釋軟開關過程的電路圖。
國內的話，宮力在知網也有一篇易懂的分析。
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