在設計電子電路時，MOSFET的柵極和源極之間是否需要并聯齊納二極管常常是硬件工程師面臨的問題。這種設計雖然看似簡單，但在某些場景下對電路的可靠性至關重要。魯棒性和穩定性非常重要。本文解釋了并聯MOSFET柵極和源極齊納二極管的必要性和基本原理，以幫助讀者更好地理解這項重要技術。

一、MOSFET柵極與源極之間的氧化層

MOSFET的柵極和源極之間有一層非常薄的氧化層，用于控制隔離電壓和主電流路徑。盡管該氧化層具有優異的絕緣性能，但其通常具有有限的耐電壓性。如果柵源之間的電壓超過額定值（即數據表中的Vgss），氧化層可能會被破壞并對MOSFET造成永久性損壞。例如，某些MOSFET的最大柵源電壓為±20V，但如果由于電路故障導致柵源電壓突然升高，則MOSFET的控制功能可能完全喪失。因此，許多設計中在柵極和源極之間并聯了齊納二極管。

二、齊納二極管的工作原理和功能

齊納二極管是專門用于限壓的器件。當電壓超過擊穿電壓時，它將超出的電壓限制在安全范圍內，保護MOSFET的后續電路。當由于驅動信號或外部干擾導致柵源電壓超過規定值時，二極管導通，將多余電壓引導至地面。該工藝確保柵氧化層不會被過電壓損壞。

三、什么情況下需要齊納二極管

1. 驅動電路電源不穩定。如果驅動MOSFET的電路使用不穩定的電源（例如12V DC電源），則控制信號可能會超出MOSFET的容差范圍。在這種情況下，需要齊納二極管進行保護。

2. 長距離信號傳輸。如果驅動信號必須通過較長的傳輸線到達MOSFET，則在傳輸過程中可能會因電感和噪聲而產生過壓。此時，齊納二極管可以有效限制瞬態高電壓。

3. 高頻開關場景。在高頻應用中，頻繁的開關操作可能會產生超過額定柵源電壓的寄生電壓尖峰。齊納二極管執行重要的保護功能。

四、什么時候可以省略齊納二極管

1. 驅動信號電壓穩定性。如果MOSFET驅動信號直接由穩定的低壓電源（例如3.3V或5V）（MCU-IO端口）提供，并且驅動電路沒有噪聲或干擾，通常可以省略齊納二極管。

2. 驅動器具有保護功能。一些MOSFET驅動器芯片內置限壓功能，可自動調節柵極電壓在安全范圍內。在這種情況下，不需要額外的齊納二極管。

3. MOSFET中的內置齊納二極管。某些MOSFET本身具有內置的柵源齊納二極管，可以直接滿足設計要求。

五、選擇齊納二極管時應記住的事項

1. 電壓范圍。齊納二極管的擊穿電壓必須略高于正常工作電壓，但低于MOSFET的最大柵源電壓。例如，對于最大柵源電壓為±20V的MOSFET，齊納二極管的擊穿電壓可選為18V左右。

2. 功耗能力。齊納二極管必須能夠承受瞬態過壓引起的功耗，確保額定功率能夠滿足需求。

3. 響應速度。選擇具有快速響應特性的齊納二極管，可以在發生瞬態過壓時快速保護MOSFET。

總結

在MOSFET的柵極和源極之間并聯設計一個齊納二極管是一項重要的措施，能夠有效保證電路的可靠性。齊納二極管通過將柵源電壓限制在安全范圍內，保護MOSFET免受過壓損壞。這使得它們在不穩定電源、高頻開關或長距離信號傳輸的場景中尤其適合。然而，是否需要使用齊納二極管應根據應用場景和設計要求仔細考慮。理解并靈活應用這種設計方法不僅可以提高電路的穩定性和可靠性，還可以讓工程師在硬件設計中獲得更多的性能自由。