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MOSFET三個相關電容不能作為VDS的函數直接測量，其中有的需要在這個過程中短接或懸空。數據手冊最終測量給出的三個值定義如下： CiSS = CGS + CGD COSS = CDS + CDG CRSS = CGD 三者中，輸入電容CGS非線性最小。它是柵極和源極間的電容，不會隨VDS的大小發生很大變化。另一方面，CGD非線性最大，超級結器件前100V內的變化幾乎達到三個數量級。當CiSS為VDS = 0時，也可以看到輕微變化。 圖 1. 平面與超級結MOSFET電容對比 最近，了解COSS的性質及其對高頻開關器件的影響引起關注。COSS儲存的電荷和損耗成為配置高頻AC-DC轉換器的最大挑戰。電容損耗與施加電壓的平方成正比。參考文獻 [1] 指出，同一電容額定電壓550 V與12 V相比，儲存的能量及損耗大出2100倍。重點降低RDS(ON)，導通損耗顯著下降，但COSS下降不成正比。例如，早期TO-220封裝600 V MOSFET最低RDS(ON)為340m �，F在，超級結600 V器件的這一數值下降到65 m 。對于電容來說，對比不同技術RDS(ON)值相似器件更為重要。圖1為平面器件SiHP17N60D與RDSON相似但略低的超級結MOSFET器件SiHP15N60E的電容對比。請注意，圖中的值按對數坐標顯示。 [2] - [9]通過幾種方式解釋COSS非線性的性質，并從新的角度分析對高頻開關的影響。文獻引入“小信號”和“大信號”電容一詞進行模擬和分析。除了技術上不準確之外，這個新術語與行業規范沒有任何區別。所謂大信號電容不過是MOSFET行業多年來規定的時間值COTR [2] 。 另一項分析提出用COSS隱性串聯電阻，稱為ROSS，來表示非線性電容所有原因不明的損耗[3]。這與明確電容充放電損耗完全由儲存能量來定義，與任何串聯電阻值無關的基本電路理論相矛盾。在最近同行評審會議出版物[4]和[5]中，有人提出COSS儲存的電荷和能量存在滯后現象，并且可能因電壓采用的路徑而有所不同。這種滯后意味著電荷守恒原理不適用功率MOSFET。 與其挑戰物理學基本定律，不如重新檢查并驗證是否在具體環境下正確應用這種原理更有意義。調查令人更感興趣的是解答以下問題- 如果兩個電容并聯，充電達到相同電壓并儲存完全相同的電荷，是否必然儲存相同能量? 利用眾所周知公式Q = CV和E = ½ CV2，答案應該是肯定的。遺憾的是，這個儲存電荷和能量常用公式并非普遍適用，只在恒定電容的特定情況下才成立。更基本的關系將電容定義為電荷相對于電壓的變化率，電壓本身是單位電荷能量變化的測量值。換句話說，基本關系是 C = dQ/dV 和V = dE/dQ 這種電荷和能量的簡單方程式假定電容恒定。對于非線性電容，必須分別利用隨電壓累積的電容和電荷求出電荷和能量。為了進一步說明，請考慮圖2中的兩個電容。電容CREF建立基準。另一電容CV從1.5 x CREF到0.5 x CREF呈線性變化。在100V處，它們具有相同電荷。這一點從兩個電容的C x V部分可以很清楚地看出來，并且得到隨電壓累積電容值的證實。而儲存的能量完全不同。如果儲存的電荷隨電壓累積，則100V處CREF僅具有83.3%的儲存能量。同時可以看出75V處CV儲存電荷高10%，而能量與CREF相同。 圖2. 恒定與可變電容對比 MOSFET制造商多年來一直采用這些累積，但不是將其指定為電荷和能量，而是將它們轉換為兩種不同的等效電容。 COTR – 充電到80 % VDSS時，儲存電荷與COSS相同的固定電容 COER – 充電到80 % VDSS時，儲存能量與COSS相同的固定電容 [2]從經驗角度說明，80%額定電壓的“有效”COSS與時間等效電容相同。請注意，COTR和COER本身是電壓的函數;任何累積非線性函數產生另一個非線性函數。因此，數據手冊將其定義為某種特定電壓時的變化，如80%額定VDS或400 V。事實上，同一COSS存在兩個不同“等效”值，一個表示儲存電荷，另一個表示儲存能量，這或多或少解答了這個問題。 COTR和COER不僅不同，而且其差異程度還可以用作非線性測量值。在我們的例子中，1.5:0.5電容范圍內COTR與COER之間相差16.7%。同樣，SiHP15N60E的COTR / COER 比接近3.6。其他超級結器件，電容范圍可加寬到100:1以上，COTR / COER比可高于10。圖3a顯示SiHP15N60E儲存電荷和能量之間的差。作為電壓函數，這兩個相關參數的變化率明顯不同。在所有橋路配置中，尤其是ZVS模式下工作的橋路配置，需要考慮超大COTR以及所具有的儲存總電荷。MOSFET輸出電容放電與斷電截然不同，應該基于COTR而不是COER設計計算。當然，COER和能量計算仍然需要計算開關損耗 [1]。 現在可以明顯看出，任何電壓條件下COSS絕對值已經沒有意義或不需要。與電路相互作用的不是電容本身，而是定義行為的儲存電荷和能量。如果觀察任何涉及COSS的設計計算會發現，這種計算是某種情況下通過乘以相關電壓因子換算儲存電荷或能量。除COTR和COER之外，包括威世在內，現在MOSFET制造商的高壓器件數據手冊提供完整的EOSS曲線，如圖3b所示。通常還規定100V MOSFET器件50%處的QOSS，以幫助48V ZVS橋進行死區分析。 圖3a. COSS 儲存電荷和能量與電壓的關系 圖3b. 電容與儲存能量與電壓的關系 類似的考慮適用于柵漏電容CRSS，但其值遠低于COSS。根據定義，這個值已經包含在前面提到的COSS測量結果中。事實上，CRSS非線性本質很早以前就已確定為一個問題并在文獻中做了說明。柵極電荷曲線中的QGD分量只不過是導通或關閉期間，柵極需要注入或清除CRSS儲存的總電荷。請注意，柵極電荷曲線分段線性部分與任何電容的非線性無關。MOSFET導通過程涉及為兩個關閉狀態下不同電壓的電容器充電。 在處理MOSFET時，需要記住它們的電容不包括介質隔開的兩個電極。它們本質上是瞬態的，主要在器件高dV/dt條件下開關間隔期間內發揮作用。等效電路中所示電容表示半導體材料與其電流之間有源電場的相互作用。只有關系是線性的，這種表示才有意義。今天的MOSFET表現出極端非線性，可以毫不夸張地說不再有COSS或CRSS之類的因素。設計師不必試圖線性化并以某種方式矯正曲線，而專注于直接與儲存電荷和能量相關的基礎工作。 AO-Electronics 傲壹電子 官網：www.aoelectronics.com 中文網：www.aoelectronics.cn 
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