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上一期我们聊了SOA曲线以及SOA曲线中的各条线是怎么得到的,今天我们就聊聊Vth和结电容。
首先是Vth,我们一般只关注到Vth的数值,但往往忽略了测试条件和其它一些特性。
1. Vth的测试条件:
如上图可以看到Vth是有测试条件的,一般是VDS=VGS,ID=1mA,也就是说测试时是VDS和VGS加同样的电压,当所加电压使得流过漏极的电流达到1mA时,所施加电压为Vth,但一般情况下这种测试工况和实际使用工况相差很大,那么我们可否通过规格书知道更大漏极电流下的Vth呢,答案是肯定的。
这时我们可以找到转移特性曲线,如下所示。转移特性曲线中标明了不同结温下,漏极电流与门极电压之间的关系。细心的小伙伴可能发现了转移特性曲线中规定了VDS=20V这个条件,那么其他漏源电压下是怎样的呢?这时我们就要结合输出特性曲线图来找出对应条件下的Vth了。
2. Vth也是一个与温度相关的参数,它是负温度系数。可以看到结温越高,Vth越低,因此在设计中要保证高温下MOSFET能完全关断,需要设计的VGS关断电压尽可能低,有时为了保证可靠的关断,可以将关断电压设计为负压。
对于结电容来说,大部分同学可能关注到了规格书中的具体参数值,但其实半导体的结电容大多数不是恒定值,而是随结电压的变化而变化,而且呈现非线性的特质,而这个特性往往是导致MOSFET开关过程中DS和GS电压振荡并且振荡呈现非正弦的一大主因。
1. 一般一个完整的带有结电容的MOSFET模型如下图所示,在MOSFET的三个极之间都有结电容,规格书中的电容和接电容的关系如下:
2. 从规格书中的参数可以看到,结电容对应的漏源电压VDS=400V,那么对应其他漏源电压的结电容分别是多少呢?
从上图结电容曲线可以看到,结电容是随漏源电压变化的,当漏源电压较小时,结电容尤其是Coss和Crss是非常大的,是高漏源电压的100-500倍。
正是因为结电容的这个特性,导致MOSFET在关断时有两个重要现象:
- 相对于开关时的上升下降沿,有较大的关断延迟以及开通拖尾现象。这里的开通拖尾是指当MOSFET开通时,VDS电压快速下降到较低电压比如20V后,后面电压会缓慢下降到IDS*RDS_ON。
- 开关时DS之间的振荡并非典型的LCR振荡波形,而是呈现一种非规则的振荡。这个就是因为结电容随VDS变化导致的。
以上就是我们深入理解MOSFET规格书第五期,本期着重介绍了开启电压Vth和结电容。下期我们将带来Qg以及开关时间的解读,敬请期待。
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