功率MOSFET的柵極電荷特性

小融一號

在功率MOSFET的數據表的開關特性中，列出了柵極電荷的參數，包括以下幾個參數，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

柵極電荷測試的原理圖和相關波形見圖1所示。在測量電路中，柵極使用恒流源驅動，也就是使用恒流源IG給測試器件的柵極充電，漏極電流ID由外部電路提供，VDS設定為最大額定值的50%。漏極電流從0增加到ID過程中，分別測量VGS、柵極充電時間，就可以計算得到柵極電荷值。

（a）：簡化的測試電路

（b）：測試電路和波形

（c）：實際的波形

圖1：柵極電荷的測試電路和波形

柵極電荷測試的電路中，需要用到二個恒流源：G極驅動充電的恒流源和提供ID的恒流源，因此測試的電路有下面不同的形式。

（a）：ID由分立元件構成恒流源

（b）：ID由電感構成恒流源

圖2：柵極電荷的測試電路形式

圖2（a）中，對G極恒流驅動充電的恒流源IG由測量儀器內部自帶的恒流源提供，而ID由分立元件構成恒流源，其工作原理非常簡單：就是利用功率MOSFET的工作于線性區的放大特性，調節G極的電壓就可以調節電流的大小。不同的器件，所選擇的外部恒流源的元件參數會有異差。

圖2（b）中，ID由電感構成恒流源，相對而言， 這種方式電路結構簡單，只是電流的精度不如上一種方式。

根據電容的特性：

C·dv/dt = IG

可以得到：

Q = C·dV = IG·dT

在圖1（b）中，對應著不同的VGS的電壓，由波形或儀器讀出相應的時間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

在實際的測試中，根據電容的大小，IG的值設定為不同的值：10uA、100uA、 1mA。測試條件改變的時候，如改變ID或VDS，實際測量的柵極電荷也會改變。

圖3中的測量結果，測量條件：VDS=160V，VGS=10V，VGS：2V/div，時間t：1us/div，電流大，米勒平臺也高，柵極電荷值也稍有差異。

改變VDS，對應的特性如下圖所示，隨著VDS的增加，柵極電荷的值會改變，特別是QGD，電壓越高，QGD越大。

數據表中柵極電荷的特性，柵極使用恒流源來驅動，VGS電壓隨著時間線性增加；實際的應用中，通常柵極使用恒壓源來驅動，VGS電壓隨著時間以指數關系增加。

測量時使用恒流源驅動的原因在于容易計算柵極的電荷值。本質上，使用恒流源或恒壓源驅動柵極，對于柵極電荷的測量沒有嚴格意義上的影響。

文章來源：微信公眾號   融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）