功率MOSFET教程(第二部分)

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功率MOSFET 教程(第二部分)

上网时间:2008年08月07日

静态电态电特性特性

特性 V(BR)DSS ：漏-源击穿电压电压

V(BR)DSS （有时候叫做BVDSS ）是指在特定的温度和栅源短接情况下，流过漏极电流达到一个特定值时的漏源电压。这种情况下的漏源电压为雪崩击穿电压。

如图8所示，V(BR)DSS 是正温度系数，温度高时的MOSFET 漏源击穿电压比温度低时要大，实际上，温度低时V(BR)DSS 小于25℃时的漏源电压的最大额定值。例如图18，在-50℃, V(BR)DSS 大约是25℃时最大漏源额定电压的90%。

图8. 归一化后的雪崩击穿电压随温度的变化

VGS(th)：阈值电压电压 VGS(th)是指加的栅源电压能使漏极开始有电流或者关断MOSFET 时停止流过电流时的电压，测试的条件（漏极电流，漏源电压，结温）也是有规格的。正常情况下，所有的MOS 栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此，VGS(th)的变化范围是规定好的。正如前面所讨论过在温度的影响下，VGS(th)是负温度系数，这就意味着当温度上升时，MOSFET 将会在比较低的栅源电压下开启。

RDS(on)：导通电阻

RDS(on)是指在特定的漏电流（通常为ID 电流的一半）、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻，除非另有规定。

IDSS ：零栅压栅压漏

漏极电流 IDSS 是指在当栅源电压为零时，在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。既然泄漏电流随着温度的增加而增大，IDSS 在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS 乘以漏源之间的电压计算，通常这部分功耗可以忽略不计。

IGSS ―栅源漏源漏电电流

IGSS 是指在特定的栅源电压情况下流过栅极的漏电流

动态动态特性特性特性

开关转换与控制

从图九可以看出功率管的寄生电容分布情况，电容的大小由功率管的结构，材料和所加的电压决定。这些电容和温度无关，所以功率管的开关速度对温度不敏感（除阈值电压受温度影响产生的次生效应外）

图9. 功率管的电容分布图

由于器件里的耗尽层受到了电压影响，电容Cgs和Cgd随着所加电压的变化而变化。然而相对于Cgd，Cgs 受电压的影响非常小，Cgd受电压影响程度是Cgs的100倍以上。

如图10所示为一个从电路角度所看到的本征电容。受栅漏和栅源电容的影响，感应到的dv/dt会导致功率管开启。

图10. 功率管的本征电容

简单的说，Cgd越小对由于dv/dt所导致的功率管开启的影响越少。同样Cgs 和Cgd形成了电容分压器，当Cgs 与Cgd比值大到某个值的时候可以消除dv/dt所带来的影响，阈值电压乘以这个比值就是可以消除dv/dt 所导致功率管开启的最佳因数，APT功率MOSFET在这方面领先这个行业。

相关文章：

功率MOSFET教程(第一部分)

技术文库

Ciss ：输入电容

将漏源短接，用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成，或者

Ciss = Cgs +Cgd

当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启，放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动电路和Ciss对器件的开启和关断延时有着直接的影响。

Coss ：输出电容

将栅源短接，用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。Coss是由漏源电容Cds和栅漏电容Cgd并联而成，或者

Coss = Cds +?Cgd

对于软开关的应用，Coss 非常重要，因为它可能引起电路的谐振

Crss ：反向反向传输电

传输电传输电容容 在源极接地的情况下，测得的漏极和栅极之间的电容为反向传输电容。反向传输电容等同于栅漏电容。 Cres =?Cgd

反向传输电容也常叫做米勒电容，对于开关的上升和下降时间来说是其中一个重要的参数，他还影响这关断延时时间。

图11是电容的典型值随漏源电压的变化曲线.

图11. APT50M75B2LL 的电容VS 电压曲线

电容随着漏源电压的增加而减小，尤其是输出电容和反向传输电容。

Qgs, Qgd, 和 Qg ：栅电栅电荷荷 栅电荷值反应存储在端子间电容上的电荷，既然开关的瞬间，电容上的电荷随电压的变化而变化，所以设计栅驱动电路时经常要考虑栅电荷的影响。

请看图12，Qgs 从0电荷开始到第一个拐点处，Qgd 是从第一个拐点到第二个拐点之间部分（也叫做“米勒”电荷），Qg 是从0点到vGS 等于一个特定的驱动电压的部分。

图12. 栅源电压和栅电荷的函数曲线

漏电流和漏源电压的变化对栅电荷值影响比较小，而且栅电荷不随温度的变化。测试条件是规定好的。栅电荷的曲线图体现在数据表中，包括固定漏电流和变化漏源电压情况下所对应的栅电荷变化曲线。在图12中平台电压VGS(pl)随着电流的增大增加的比较小（随着电流的降低也会降低）。平台电压也正比于阈值电压，所以不同的阈值电压将会产生不同的平台电压。

开关电开关电阻阻时间时间

完全是因为历史原因，这个指标才会包括在数据表中。

td(on) ：导通延通延时时间

时时间时时间 导通延时时间是从当栅源电压上升到10%栅驱动电压时到漏电流升到规定电流的10%时所经历的时间。 td(off) ：关断延时时间时时间

关断延时时间是从当栅源电压下降到90%栅驱动电压时到漏电流降至规定电流的90%时所经历的时间。这显示电流传输到负载之前所经历的延迟。

tr ：上升上升时间

时间时间 上升时间是漏极电流从10%上升到90%所经历的时间。

tf ：下降下降时间时间时间

下降时间是漏极电流从90%下降到10%所经历的时间。

开关开关感感应能量能量

在现实的功率变换器中，由于开关电阻数据难以反应开关能量，ATP 很多的MOSFET 和FREDFET 包含了开关感应能量的数据。这样对于电源设计人员来说非常方便，他们可以直接对比MOSFET 或FREDFET 与另外晶体管，甚至是另一种技术的例如IGBT ，或者大多数成功应用的功率管在这方面性能。

图13为开关电感测试电路图。是一种低占空比的脉冲测试，这样可以在下一个周期来临之前使电感的能量完全泄放，自身发热也就可以被忽略。被测器件和嵌位二极管的温度可以由温度强制系统来调节。

图13. 开关电感损耗的测试电路

下面的测试条件在一个动态特性表格中被定义：VDD 如图13，测试电流，栅驱动电压，栅电阻，还有结温。注意的是门极电阻包括驱动栅极IC 的阻抗。大部分原因是由于测试电路中二极管的存在，开关时间和开关能耗会随温度变化，所以在室温和高温的情况下分别进行了数据测试，高温测试时要将二极管和被测器件一起加热。曲线图也会提供开关时间和开关能耗与漏电流和门极电阻的关系曲线。延迟时间和电流上升下降时间与开关电阻的定义一样。

数据表中的实际开关波形用于解释被测参数的变化情况，图14为导通时的波形及定义，由于实际应用电压和数据表中开关能量的测试电压之间的不同，开关能量也会不同。例如，如果测试电压为330伏，而应用电压为400伏，那么实际的开关能量就是用数据表中的开关能量值乘以400/330。