功率MOSFET的柵極電荷特性

小融一號(hào)

在功率MOSFET的數(shù)據(jù)表的開關(guān)特性中，列出了柵極電荷的參數(shù)，包括以下幾個(gè)參數(shù)，如下圖所示。

Qg(10V)：VGS=10V的總柵極電荷。

Qg(4.5V))：VGS=4.5V的總柵極電荷。

Qgd：柵極和漏極電荷

Qgs：柵極和源極電荷

柵極電荷測(cè)試的原理圖和相關(guān)波形見(jiàn)圖1所示。在測(cè)量電路中，柵極使用恒流源驅(qū)動(dòng)，也就是使用恒流源IG給測(cè)試器件的柵極充電，漏極電流ID由外部電路提供，VDS設(shè)定為最大額定值的50%。漏極電流從0增加到ID過(guò)程中，分別測(cè)量VGS、柵極充電時(shí)間，就可以計(jì)算得到柵極電荷值。

（a）：簡(jiǎn)化的測(cè)試電路

（b）：測(cè)試電路和波形

（c）：實(shí)際的波形

圖1：柵極電荷的測(cè)試電路和波形

柵極電荷測(cè)試的電路中，需要用到二個(gè)恒流源：G極驅(qū)動(dòng)充電的恒流源和提供ID的恒流源，因此測(cè)試的電路有下面不同的形式。

（a）：ID由分立元件構(gòu)成恒流源

（b）：ID由電感構(gòu)成恒流源

圖2：柵極電荷的測(cè)試電路形式

圖2（a）中，對(duì)G極恒流驅(qū)動(dòng)充電的恒流源IG由測(cè)量?jī)x器內(nèi)部自帶的恒流源提供，而ID由分立元件構(gòu)成恒流源，其工作原理非常簡(jiǎn)單：就是利用功率MOSFET的工作于線性區(qū)的放大特性，調(diào)節(jié)G極的電壓就可以調(diào)節(jié)電流的大小。不同的器件，所選擇的外部恒流源的元件參數(shù)會(huì)有異差。

圖2（b）中，ID由電感構(gòu)成恒流源，相對(duì)而言， 這種方式電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是電流的精度不如上一種方式。

根據(jù)電容的特性：

C·dv/dt = IG

可以得到：

Q = C·dV = IG·dT

在圖1（b）中，對(duì)應(yīng)著不同的VGS的電壓，由波形或儀器讀出相應(yīng)的時(shí)間dT，IG已知，就可以分別算出不同的柵極電荷。

Qg(10V) = IG·T4

Qg(4.5V) = IG·T3

Qgd = IG·T2

Qgs = IG·T1

在實(shí)際的測(cè)試中，根據(jù)電容的大小，IG的值設(shè)定為不同的值：10uA、100uA、 1mA。測(cè)試條件改變的時(shí)候，如改變ID或VDS，實(shí)際測(cè)量的柵極電荷也會(huì)改變。

圖3中的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量條件：VDS=160V，VGS=10V，VGS：2V/div，時(shí)間t：1us/div，電流大，米勒平臺(tái)也高，柵極電荷值也稍有差異。

改變VDS，對(duì)應(yīng)的特性如下圖所示，隨著VDS的增加，柵極電荷的值會(huì)改變，特別是QGD，電壓越高，QGD越大。

數(shù)據(jù)表中柵極電荷的特性，柵極使用恒流源來(lái)驅(qū)動(dòng)，VGS電壓隨著時(shí)間線性增加；實(shí)際的應(yīng)用中，通常柵極使用恒壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)，VGS電壓隨著時(shí)間以指數(shù)關(guān)系增加。

測(cè)量時(shí)使用恒流源驅(qū)動(dòng)的原因在于容易計(jì)算柵極的電荷值。本質(zhì)上，使用恒流源或恒壓源驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O，對(duì)于柵極電荷的測(cè)量沒(méi)有嚴(yán)格意義上的影響。

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