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/p,時間t:1us/p,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。
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