在這篇文章中，小編將對MOS晶體管柵極電荷測量的相關(guān)內(nèi)容和情況加以介紹以幫助大家增進(jìn)對它的了解程度，和小編一起來閱讀以下內(nèi)容吧。
一、柵極電荷
柵極電荷是設(shè)計柵極驅(qū)動電路的關(guān)鍵參數(shù)，它描述了啟動功率器件所需的電荷總量。
柵極電荷Qg是MOSFET和IGBT等開關(guān)器件的一個重要特性參數(shù)，它表示使柵極電壓從0升到特定值(如10V)所需的電荷量。這個參數(shù)的單位是庫侖(C)。柵極電荷的大小直接影響開關(guān)器件的開關(guān)損耗，因?yàn)榭倴艠O電荷值較大時，導(dǎo)通MOSFET所需的電容充電時間變長，從而導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。相反，較小的柵極電荷值意味著開關(guān)損耗較小，可以實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度。
在實(shí)際應(yīng)用中，柵極電荷Qg可以通過測量柵極充電時間和相應(yīng)的柵極電壓變化來計算。例如，在10V的柵極電壓下，通過測量VGS從0V到10V的充電時間可以計算出Qg值。此外，Qg值還受到柵源電壓的影響，使用更低的Vgs可以減少開關(guān)損耗。
柵極電荷Qg對開關(guān)性能的影響非常大，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到MOSFET導(dǎo)通和關(guān)閉的轉(zhuǎn)換時間，以及每次開關(guān)過程中對柵極電容充電所需的能量。為了減少開關(guān)損耗，新的技術(shù)如溝道厚底氧化已經(jīng)被開發(fā)出來，旨在減少柵極電荷。因此，了解和控制柵極電荷是優(yōu)化開關(guān)器件性能和效率的關(guān)鍵因素之一。
二、柵極電荷測量原理圖解析
在柵極電荷測量方法中，將固定測試電流(Ig)引入MOS晶體管的柵極，并且測量的柵極源電壓(Vgs)與流入柵極的電荷相對應(yīng)。對漏極端子施加一個固定的電壓偏置。圖1顯示了功率MOSFET的柵極電壓與柵極電荷的關(guān)系。
柵電荷(Q)由給柵極施加電流和時間(Igdt)提取得出。柵源電荷(Qgs)是所需要的電荷，如圖1所示，以達(dá)到飽和區(qū)域的開始，在那里的電壓(Vgs)幾乎是恒定的。根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，平臺(或Miller)電壓(Vpl)定義為dVgs/dt最小時的柵源電壓。電壓平臺是當(dāng)晶體管從OFF狀態(tài)切換到ON狀態(tài)時的區(qū)域。
完成這個開關(guān)所需的柵電荷，即將器件從平臺區(qū)開始切換到結(jié)束所需的電荷，被定義為柵漏電荷(Qgd)，稱為米勒電荷。柵電荷(Qg)是指從原點(diǎn)到柵源電壓(Vgs)等于指定最大值(VgsMax)的電荷。
圖1. 功率MOSFET的典型柵電壓與柵電荷
S1是線段從起點(diǎn)到第一個飽和電壓點(diǎn)的斜率。S2是線段從最后一個平臺點(diǎn)到指定的最大柵極電壓(VgsMax)的斜率。根據(jù)JESD24-2標(biāo)準(zhǔn)，用坡度計算Qgs和Qgd。
圖2顯示了典型的柵極和漏極波形作為時間的函數(shù)。當(dāng)電流被迫進(jìn)入柵極時，Vgs增加，直到達(dá)到閾值電壓。此時，漏極電流(Id)開始流動。當(dāng)Cgs在t1時刻充電時，Id保持恒定，漏極電壓(Vd)減小。Vgs一直保持不變，直到它到達(dá)飽和電壓的末端。一旦 Cgd在時間t2被充電，柵極-源極電壓(Vgs)就會再次開始增加，直到它達(dá)到指定的最大柵極電壓(VgsMax)。
圖2. MOSFET的Vgs 、Vd和Id與時間關(guān)系的曲線
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