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上一期我们聊了开启电压Vth和结电容,今天我们就聊聊规格书中的Qg。
我们一般只关注到Qg的数值,但往往忽略了测试条件和其它一些特性。
仍然以顾邦GBS60037规格书为例,Qg的测试条件:
如上图可以看到Qg是有测试条件的,一般是VDS=400V,ID=25A,VGS=0~10V,那么具体是怎么测试的呢?
如下图是Qg的测试设置:
具体测试时,在被测管两端加直流电压源和负载电阻,其中直流电压源的电压取决于测试条件中的VDS电压,在GBS60037的测试中选择400V直流电压。而负载电阻的阻值,则取决于测试条件中的ID电流,此处选取16Ω。
测试时,控制电流源给GBS60037的门极灌电流,从而给门极寄生电容Ciss充电,同时用示波器检测GBS60037门极对源极的电压波形,然后通过电压波形就可以读取出该MOSFET的门极电荷。
在测试时,可控电流源的电流不能太大,一般选取100uA-10mA之间,取决于被测MOSFET的Ciss大小。在GBS60037的测试过程中选取1mA。
最终测试波形如下所示:
其中蓝色波形为GBS60037的门极-源极电压波形,绿色为漏极电流波形,粉色为漏极-源极电压波形。
那么如何从被测波形中读出Qg相关信息呢?
很简单,在测试过程中给定的门极充电电流源是1mA,然后从门极电压开始从0V上升的时间点开始,读取各个阶段的时间,然后乘以1mA,就是各个阶段的电荷。如下图所示,分别用浅绿色、浅蓝色和浅棕色将波形分为三时间跨度,其中t1对应的是VGS电压从0V上升到米勒电压平台的时间;t2对应的是VGS电压在米勒平台持续的时间,t3对应的是VGS电压从米勒平台上升到10V的时间。
那么相应的,QGS=1mA*t1; QGD=1mA*t2; QG=1mA*(t1+t2+t3)。同时也可以根据实测波形,以及电荷和时间的关系,得到规格书中门极电荷和门极电压的关系图,如下图所示:
这张图在规格书中都能找到,从这张图也可以读出参数表中的QGS、QGD以及QG的数值。
同时也可以从测试波形中或者上图中读出米勒电压的数值。
一般情况下QG或者QGD的大小表征MOSFET的开关能力,QG和QGD越小,在同样的驱动电路下MOSFET的开关速度越快,相应的开关损耗也就越小。
因此对于MOSFET有一个重要的性能指标:FOM,或者FOMGD
这两个数值越小,MOSFET用在开关电源中整体的损耗就越小,效率越高。但并不是说这个数值越小越好,因为整个电源系统除了效率还需要考虑器件的应力、EMI等性能,越快的MOSFET一般会带来应力和EMI方面的问题,所以需要综合考虑。
以上就是我们深入理解MOSFET规格书第六期,本期着重介绍了开启电压Qg。下期我们将带来开关时间的解读,敬请期待。
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