深入了解它的關(guān)鍵特性及指標(biāo)才能做出正確選擇

本文導(dǎo)讀

MOSFET是電子系統(tǒng)中的重要部件，需要深入了解它的關(guān)鍵特性及指標(biāo)才能做出正確選擇。這些關(guān)鍵指標(biāo)中，以靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性更為重要，本文主要討論動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性決定了器件的開關(guān)性能。這些動(dòng)態(tài)性能的幾個(gè)參數(shù)高度依賴于測(cè)量條件。

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前言

本文選取Nexperia 最新推出的BUK7Y1R7-40H，以官方手冊(cè)中的數(shù)據(jù)和圖表，作為解讀依據(jù)。BUK7Y1R7-40H于2017年9月推出，基于最新工藝-Trench9制作，符合AEC-Q101認(rèn)證。可以廣泛應(yīng)用于12V汽車系統(tǒng)，如EPS，E-Pump等。

下表就是一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)特性表格。

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柵極電荷與米勒平臺(tái)

1柵極電荷

Qg(tot), Qgs 和 Qgd描述了在一定的條件下，MOSFET開關(guān)需要的柵極電荷，取自于同樣的柵極電荷曲線。當(dāng)在漏極柵極和源極間有顯著的電壓電流同時(shí)變化時(shí)，在開關(guān)過(guò)程中會(huì)有大量的功率損耗。在器件關(guān)閉狀態(tài)下，雖然有顯著的電壓，但是電流值卻可以忽略不計(jì)。在完全導(dǎo)通時(shí)，存在顯著的電流和較低的電壓值。柵極電荷依賴于門限電壓，開關(guān)動(dòng)態(tài)和工作負(fù)載。阻性負(fù)載和感性負(fù)載是不一樣的。下圖展示了一個(gè)典型的柵極電荷曲線圖：

由于容值隨電壓和電流變化，所以在確定開關(guān)性能的時(shí)候需要參考柵極電荷值。柵極電荷曲線描述了當(dāng) MOSFT的漏極施加了一個(gè)特定的電流和電壓時(shí)，器件將發(fā)生的變化，表明在柵極電壓曲線期間，要么給器件施加一個(gè)固定的電壓，要么施加一個(gè)固定的電流。

2米勒平臺(tái)

因?yàn)?MOSFET 中增加的電荷能讓導(dǎo)通更容易，這就讓Vds電壓開始下降。最終電容量停止上升，此后任何柵極電荷的增多都會(huì)導(dǎo)致Vgs的上升。有時(shí)這個(gè)特性被稱作“米勒平臺(tái)”，相應(yīng)的時(shí)間叫做米勒電容上升。米勒平臺(tái)也就是指柵極漏極電荷Qgd。在這期間，在器件的漏極和源極間有顯著的電壓和電流，所以 Qgd 是決定開關(guān)損耗的重要參數(shù)。一旦到達(dá)了米勒平臺(tái)，柵極源極間電壓又一次上升，但是這次的容值要比之前 Qgs 達(dá)到的容值要大。柵極電荷曲線梯度在米勒臺(tái)階以上有所下降。

柵極電荷參數(shù)受測(cè)量條件的影響很大。不同廠商經(jīng)常引用不同條件下的柵極電荷參數(shù)，這就需要在比較不同來(lái)源的柵極電荷時(shí)特殊注意。較高的電流會(huì)導(dǎo)致較大的柵極源極電荷值，因?yàn)槠脚_(tái)電壓同樣會(huì)很高。較高的漏極源極電壓，因?yàn)槊桌掌脚_(tái)上升，會(huì)導(dǎo)致柵極漏極間電荷和總柵極電荷增多。

如果 MOSFET 從關(guān)閉狀態(tài)下（Vgs = 0 V）開始，柵極電荷的增多會(huì)導(dǎo)致器件柵極源極間電壓的升高。在這種模式下，是在源極和漏極間施加了一個(gè)固定 Vds 電壓。

當(dāng)柵極和源極間電壓達(dá)到了電壓限值，這個(gè)限值是特定漏極和源極間電壓限制的漏極電流所對(duì)應(yīng)的柵極和源極間的電壓值。MOSFET 的容值是在增加的，但柵極電壓保持不變。這個(gè)就是平臺(tái)電壓和柵極源極間電荷 Qgs。電流越大，平臺(tái)電壓越大。

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結(jié)語(yǔ)

功率MOSFET廣泛應(yīng)用于工業(yè)、消費(fèi)和汽車領(lǐng)域。特別地，在剎車系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)和引擎管理電路中，MOSFET的地位越來(lái)越重要。了解MOSFET的關(guān)鍵參數(shù)和電氣性能，對(duì)于工程師后期的設(shè)計(jì)，能夠起到事半功倍的效果。