VISHAY功率MOSFET 基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能

1、VISHAY SILICONIX功率MOSFET應(yīng)用指南608功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching Performance作者- Jess Brown引言本冊是系列應(yīng)用指南中的第二冊，對于MOSFET獨(dú)立器件以及開關(guān)模式電源（SMPS）開關(guān)器件方面的基本性能做出了詳細(xì)說明。第一冊的應(yīng)用指南(1)提供了MOSFET的基本說明及所涉及到的專業(yè)術(shù)語，包括定義和物理結(jié)構(gòu)。這一應(yīng)用指南更加詳細(xì)地描述了MOSFET在實(shí)際應(yīng)用電路中的

2、開關(guān)性能，并努力幫助讀者/設(shè)計師利用數(shù)據(jù)手冊中最少量的可用信息來選擇正確的器件。該應(yīng)用指南涉及到MOSFET的開關(guān)性能的多種評估方法并將其與實(shí)際應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行了比較。文中所使用的若干定義均引自應(yīng)用指南AN605。備注(1)電壓VGS就是柵極處的實(shí)際電壓，這也是我們在分析裝置的開關(guān)性能時需要考慮的因素。若階躍輸入加在VGS_APP，那么可以得出下列結(jié)論：VGS_APPVGSig=-Rgig=igs+igdigsdVGS=Cgs-dt(1) (2) (3)AN605：功率MOSFET基礎(chǔ)：了解MOSFET與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的特性，文件編號71933。MOSFET獨(dú)立開關(guān)使用電容要想了解MOSFET開關(guān)性

3、能的最基本知識，最好單獨(dú)考慮這個器件并且認(rèn)為它不受任何外部影響。在這種條件下，MOSFET的柵極等效電路如圖1所示，其中的柵極由內(nèi)部柵極電阻（Rg）和兩個輸入電容（Cgs和Cgd）組成。有了這個簡單的等效電路，就有可能取得一個階躍柵極電壓的輸出電壓響應(yīng)。而且，由于VDS值是固定的igs因此VGS_APPVGSdVdV-=Cgs-GS-+Cgd-GS-Rgdtdt和dVGSdt-=-VGS_APPVGS(Cgs+Cgd)Rg得出t In(VGS_APPVGS)=-+k(Cgs+Cgd)RgVGS=VGS_APPke(Cgs+Cgd)Rg當(dāng) t = 0, VGS = 0 V，因此VGS=VGS_A

4、PP(1e(Cgs+Cgd)Rg)ttdVGS=Cgd-dt(4)(5)(6)(7) (8)圖 1 - MOSFET柵極等效電路圖中僅顯示了（兩個輸入電容）Cgs、Cgd以及（電阻）Rg(9)應(yīng)用指南文件編號：73315版本：2004年12月02日VISHAY元器件應(yīng)用技術(shù)支持團(tuán)隊VISHAY元器件武漢技術(shù)支持，VISHAY元器件華中，西南，西北技術(shù)支持:王鵬手機(jī)電話電子郵件：JerryWangwestpac-.hkVISHAY元器件青島技術(shù)支持，VISHAY元器件華北，東北技術(shù)支持:牟軍手機(jī)電話：0532-858

5、0 3033電子郵件：TonyMuwestpac-.hkVISHAY元器件上海技術(shù)支持，VISHAY元器件華東，華北技術(shù)支持:楊雪手機(jī)電話：021-5489 1461 電子郵件：CindyYangwestpac-.hkVISHAY元器件深圳技術(shù)支持，VISHAY元器件華南技術(shù)支持:吳龍手機(jī)電話：0755-8826 2914 電子郵件：WuLongwestpac-.hkVISHAY元器件VISHAY特許專業(yè)代理商WESTPACELECTRONICSLIMITED威柏電子香港威柏電子(Westpac Electronics)創(chuàng)辦於1992年，為日

6、本富士電機(jī)(FUJI ELECTRIC)半導(dǎo)體器件之中國及香港地區(qū)專業(yè)代理。主要產(chǎn)品為FUJI富士電源IC,FUJI富士MOSFET,FUJI富士三極管，F(xiàn)UJI富士超快恢復(fù)二極管，F(xiàn)UJI富士肖特基二極管，F(xiàn)UJI富士單管IGBT，F(xiàn)UJI富士Super J-MOS,FUJI富士電機(jī)IGBT模塊，F(xiàn)UJI富士電機(jī)IPM模塊，F(xiàn)UJI富士電機(jī)PIM功率集成模塊，F(xiàn)UJI富士電機(jī)分立IGBT,FUJI富士智能功率模塊,FUJI富士三電平IGBT模塊，F(xiàn)UJI富士汽車級IGBT模塊等。威柏電子 以客為本 Westpac ELectronics Customer-based serviceFUJI

7、ELECTRIC富士電機(jī)簡介：富士電機(jī)早在1923年成立以來，一直致力于技術(shù)革新和挑戰(zhàn)，為顧客提供高質(zhì)量的服務(wù)。 富士電機(jī)集團(tuán)是“向客戶提供最大滿足的企業(yè)”的代名詞。不斷向具有獨(dú)創(chuàng)性的技術(shù)革新挑戰(zhàn),為客戶竭誠服務(wù)。FUJI ELECTRIC富士電機(jī)發(fā)揮創(chuàng)業(yè)以來積累的“自由操控電力”的電力電子技術(shù)優(yōu)勢，成為“環(huán)境，能源”領(lǐng)域舉足輕重的國際企業(yè)。FUJI ELECTRIC富士電機(jī)研發(fā)制造高品質(zhì)電力電子功率半導(dǎo)體IGBT/IPM，為太陽能發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，智能電網(wǎng)，工業(yè)自動化變頻伺服，鐵路機(jī)車，電動汽車等提供核心功率器件，為高效化和節(jié)能做貢獻(xiàn)！FUJI ELECTRIC富士電機(jī)功率半導(dǎo)體致力于在“節(jié)約

8、電力”和“創(chuàng)造電力”可靠且高效的應(yīng)用，為人類綠色可持續(xù)發(fā)展不斷努力！FUJI ELECTRIC Innovating Energy Technology 富士電機(jī) 不斷創(chuàng)新的能源科技Westpac威柏：WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT模塊中國一級代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT一級代理商 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT一級代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT中國代理商 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT代理商 WESTPAC威柏-富士IPM代理商 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT模塊代理 WESTPAC威柏-FUJI IGBT modul

9、e distributor WESTPAC威柏-FUJI ELECTRIC IGBT MODULE DISTRIBUTORWESTPAC威柏-FUJI富士IGBT深圳代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT授權(quán)分銷 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT授權(quán)代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT上海代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT北京代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT成都代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT青島代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT武漢代理 WESTPAC威柏-FUJI富士IGBT西安代理Westpac威柏針對工業(yè)電力

10、電子領(lǐng)域以FUJI ELECTRIC富士電機(jī)IGBT模塊（包括富士IPM模塊、富士PIM模塊、FUJI富士IGBT驅(qū)動IC）為核心，威柏配合國際知名品牌功率器件：富士IGBT驅(qū)動器，富士IGBT驅(qū)動器解決方案，富士IGBT模塊專用驅(qū)動，富士IGBT模塊定制驅(qū)動晶閘管，WESTPAC威柏-可控硅SCR、WESTPAC威柏-電力MOSFET、WESTPAC威柏-MOSFET模塊，WESTPAC威柏-電力二極管、WESTPAC威柏-二極管模塊、單相整流橋、叁相整流橋等。Westpac威柏同時可以為客戶提供IGBT驅(qū)動方案及配套單片機(jī)MCU、DSP、高速光耦、隔離光耦、電源IC、平波用鋁電解電容及薄膜

11、電容、IGBT突波吸收電容等元件。業(yè)務(wù)遍及軌道交通、智能電網(wǎng)(HVDC)、通用變頻器、高壓變頻器、伺服驅(qū)動器 、UPS、變頻與傳動、電動汽車、電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置UPS逆變器/UPS/EPS、風(fēng)電變流器、變頻空調(diào)、光伏變流、機(jī)車主牽引變流器、電梯變頻器 、起重專用變頻器 、 感應(yīng)加熱、電源電鍍/電解電源 、有源濾波/無功補(bǔ)償、機(jī)車輔助逆變器、逆變焊機(jī)；Westpac威柏在電VISHAY特許專業(yè)代理商WESTPACELECTRONICSLIMITED威柏電子能質(zhì)量（APF,SVG）、逆變焊機(jī)、不間斷電源UPS、Inverter變頻器、數(shù)控伺服、電動汽車、風(fēng)力太陽能發(fā)電等領(lǐng)域與客戶戰(zhàn)略合作，全力支

12、持中國電力電子工業(yè)發(fā)展！威柏電子致力于工業(yè)節(jié)能和新能源市場的拓展香港威柏電子（Westpac Electronics）于1996年成為BC components(后被VISHAY收購)分立元件授權(quán)分銷商；威柏電子于2005年正式成為VISHAY國內(nèi)汽車全線電子元器件代理及各電子行業(yè)之分立元件代理；VISHAY電阻代理VISHAY電容代理VISHAY MOSFET代理VISHAY二極管代理VISHAY整流橋代理VISHAY TVS代理VISHAY光耦VISHAY固態(tài)繼電器代理威柏電子 以客為本 Westpac ELectronics Customer-based serviceVISHAY, B

13、Ccomponents, Sprague, Dale, Beyschlag, Vishay Semiconductors, Sfernice, Siliconix VISHAY代理（VISHAY一級代理 VISHAY中國代理商 VISHAY汽車電子元器件專業(yè)代理）。vishay vishay代理商 vishay semiconductor vishay代理 VISHAY威柏vishay電阻 VISHAY電容 vishay dale vishay公司簡介 vishay siliconix vishay電容 ESTA電力電容 Sfernice功率電阻vishay一級代理商 vishay中國代理商

14、vishay電容代理商 vishay電阻代理商 vishay代理 VISHAY代理商威世代理商vishay電阻代理 vishay深圳代理 vishay授權(quán)分銷 VISHAY授權(quán)代理 VISHAY上海代理 VISHAY北京代理 VISHAY成都代理 VISHAY青島代理 VISHAY西安代理VISHAY新能源市場代理 VISHAY新能源半導(dǎo)體 VISAHY電動汽車元器件VISHAY中國一級代理商-威柏電子 WESTPAC威柏代理的VISHAY品牌有： WESTPAC威柏專業(yè)代理Vishay AngstrohmWESTPAC威柏專業(yè)代理Vishay AztronicWESTPAC威柏專業(yè)代理Vis

15、hay BCcomponents鋁電解電容 NTCWESTPAC威柏專業(yè)代理Vishay Beyschlag金屬膜電阻 碳膜電阻 薄膜電阻WESTPAC威柏專業(yè)代理Vishay Cera-MiteWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Dale電流取樣電阻 功率電感WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Dale Thin FilmWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Draloric MELF電阻WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Electro-FilmsWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay ESTA感應(yīng)加熱電容 ESTA低壓電容 ESTA功率因數(shù)電容 ESTA電力電子電

16、容WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Roederstein薄膜電容WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Semiconductors 光耦 固態(tài)繼電器WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Sfernice功率電阻WESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay Siliconix MOSFETWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay SpectrolWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay SpragueWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay TechnoWESTPAC威柏專業(yè)代理 Vishay VitramonVISHAY特許專業(yè)代理商WESTPACELECTRONICSLIMIT

17、ED威柏電子威柏電子，以客為本！WESTPAC威柏電子-致力于VISHAY(威世)高品質(zhì)元器件在中國市場的推廣！ 威柏電子-威世中國區(qū)代理商WESTPAC威柏代理的 VISHAY產(chǎn)品線主要有：半導(dǎo)體- + 裸片和晶圓裸片和晶圓- + 二極管二極管 (1357)整流器 (1131)TVS和ESD (125)- + IC's - Power and LinearAnalog Switches and Multiplexers (146) Hi-Rel Analog Sw and Mux (4)功率IC (92)- + 模塊橋式整流器： (15)二極管 (102)IGBT (45)MOSFE

18、T (5)半導(dǎo)體閘流管 (25)- + MOSFETMOSFET (1040)MOSFETs, Automotive (162)MOSFETs, Hi-Rel Military (4)MOSFETs, Medical (3)- + 光電子光電子 (626)光耦合器 / 光學(xué)隔離器 (99)IR Receivers (53)Photo Detectors (66)Infrared Emitters (85)LED (178)Solid-State Relays (34)IrDA? 收發(fā)器 (7)反射式/透射式傳感器 (14)LCD/Plasma/Touch/LED Display (121)7段

19、顯示器 (10)- + 半導(dǎo)體閘流管半導(dǎo)體閘流管 (62)無源元件- + 電容器電容器 (437)鋁電容器 (95)陶瓷電容器 (141)薄膜電容器 (98)強(qiáng)電流功率電容器 (26)鉭電容器 (82)- + 電感器電感器 (173)變壓器 (8)- + 電阻線性 (282)Networks and Arrays (107)VISHAY特許專業(yè)代理商WESTPACELECTRONICSLIMITED威柏電子Non-Linear (53)Variable (92)- + 傳感器Position: Angular and Linear (62)Position: Non-Contacting (1

20、0)Temperature & Humidity (53)- + OTHER COMPONENTSChip Antenna (2)連接器 (17)晶體管 (7)熔絲 (3)Hybrids and Substrates (2)振蕩器 (7)薄膜LED襯底(鑲嵌式貼裝)香港威柏電子（Westpac Electronics）于2012年成為青銅劍電力電子科技（Bronze Tech）IGBT驅(qū)動產(chǎn)品的代理,主要產(chǎn)品有2QD30A17K-I,2QD15A17K-C,2QD23-S,IGBT串聯(lián)專用驅(qū)動器等。作為富士電機(jī)半導(dǎo)體器件國內(nèi)最大的代理商，威柏電子完善的銷售網(wǎng)絡(luò)、豐富的市場經(jīng)驗和良好的客

21、戶關(guān)系，結(jié)合青銅劍科技專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊、高品質(zhì)的產(chǎn)品和快速響應(yīng)的技術(shù)支持，必定能夠?qū)崿F(xiàn)雙贏，與我們在新能源、智能電網(wǎng)、工業(yè)節(jié)能等領(lǐng)域的客戶協(xié)力合作，促進(jìn)中國電力電子行業(yè)的飛速發(fā)展。威柏電子致力于工業(yè)節(jié)能和新能源市場的拓展應(yīng)用指南608Vishay Siliconix功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching Performance此處給出了實(shí)際柵極電壓（VGS）達(dá)到閾值電壓所需要的時長。為了方便說明，圖2給出了一個更加實(shí)用的電路

22、，即：在VDS和Cgd之間放入了一個附加電阻。在這種情況下，階躍響應(yīng)就變得十分復(fù)雜而且方程式（方程式10）也變得更加難解。圖 2 - MOSFET等效電路圖，僅顯示了Cgs, Cgd 和 Rg, 以及 RgdVGS_APPVGS=VGS_APP-(AB)2其中(10)圖 3 - 方程式9（標(biāo)準(zhǔn)）和方程式10（集合）的圖解t(CR)A=(CRk+)e-2CgdRgdCgsRgt(CR+)B=(CRk)e-2CgdRgdCgsRg圖3中的方程式9和方程式10表明，柵極電壓達(dá)到閾值1V所耗費(fèi)的時長差約為1納秒。因此，對于是否采用對柵極瞬態(tài)電壓精度影響不大的、較簡單的計算方法仍存在爭議。但是，從圖中來

23、看，采用方程式計算出的結(jié)果比MOSFET所得到的實(shí)際瞬變的值要小。根據(jù)以上結(jié)論，當(dāng)考慮MOSFET帶有其它寄生器件時， 手動 解答這種實(shí)際電路的方程式將更加難以掌握。因此，需要一種實(shí)際電路的分析方法。如果可以忽略這些二階或寄生元件以及其他組件的話，我們就有可能得出MOSFET開啟和關(guān)閉時間段的公式。方程式11到16給出了相關(guān)計算方法，如波形圖4和圖5所示。這些方程是在B J Baliga (1推出的方程式的基礎(chǔ)上得出的，其中Rg為內(nèi)部柵極電阻，Rg_app是外部柵極電阻，Vth是MOSFET的閾值電壓，VGP是柵極效應(yīng)電壓。備注(1) B. J. Baliga, Power Semicondu

24、ctor DevicesCRk=CgsRg+CgdRg+CgdRgd并且k=CgsRg+2CgsRgCgd2CgdRgdCgsRg222+CgdRg+2CgdRgRgd+CgdRgd22222應(yīng)用指南2文件編號：73315版本：2004年12月02日應(yīng)用指南608Vishay Siliconix功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching Performance1t1=(Rg+Rg_app)(Cgs+Cgd)In-Vth-1VG

25、S_APP1t1=(Rg+Rg_app)(Cgs+Cgd)In-VGP-1VGS_APP(VDSVF)(Rg+Rg_app)Cgd-t3=-VGS_APPVGP(11) (12) (13)這種情況下，可以精確計算t4 和 t6的值，但是由于在此時間段中VDS的變化導(dǎo)致Cgs 也隨之變化，所以t5的算式很難求 解。因此，在不采用動態(tài)值Cgd 的情況下，計算t3 和 t5。VF是滿載電流導(dǎo)通時MOSFET上的電壓降，VDS是電路關(guān)閉狀態(tài)下的MOSFET的電壓降。使用數(shù)據(jù)表中的數(shù)值可以得出精確的t1 和t2值，但是由于Cgd 的值隨著VDS而變化，時間段值t3就難以計算。圖 5 - MOSFET關(guān)閉

26、瞬態(tài)使用柵極電荷來確定開關(guān)時間如圖6的柵極電荷波形圖 (1)所示，Qgs 被定義為原點(diǎn)與MillerPlateau (VGP)起點(diǎn)之間的電荷值; Qgd 被定義為從 VGP 到效應(yīng)平臺末端之間的電荷值；Qg 被定義為從原點(diǎn)到波曲線頂點(diǎn) 之間的電壓，此時驅(qū)動電壓值VGS與裝置的實(shí)際柵極電壓值相等。備注(1)Gate Charge Principles and Usage, Power Electronics Europe.Issue 3, 2002. Technology.圖 4 - MOSFET開啟瞬態(tài)使用同一原則計算MOSFET關(guān)閉狀態(tài)時的方程式時，開關(guān)瞬態(tài)的算式如下：VGS_APP(14)

27、t4=(Rg+Rg_app)(Cgd+Cgs)In-VGPVDSVFt4=(Rg+Rg_app)Cgd-VGPVGPt6=(Rg+Rg_app)(Cgd+Cgs)-Vth(15) (16)圖 6 - 柵極電荷分類草圖應(yīng)用指南文件編號：73315版本：2004年12月02日3應(yīng)用指南608Vishay Siliconix功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching PerformanceCgs 和 Cgd充電后會導(dǎo)致t2中的VGS

28、 走高（圖4）。此時VDS 不變，從而Cgd 和Cds相對恒定。此時 Cgs 通常比 Cgd 的值大，從而導(dǎo)致大部分的驅(qū)動電流流入Cgs 而不是流入 Cgd。Cgd 和 Cds 之間的電流取決于電容和其電壓乘積的時間導(dǎo)數(shù)。 此時柵極電荷的值可以假設(shè)為Qgs。波形圖的另一部分是Miller Plateau電壓。通常認(rèn)為進(jìn)入效應(yīng) 區(qū)域與峰值電流區(qū)域的柵極電荷值相同。但是，柵極電荷的拐點(diǎn)實(shí)際上取決與時間有關(guān)的乘積值(1) (CgdVGD)。這意味著 如果漏電流值很小而輸出阻抗值很大，左邊的拐點(diǎn)出現(xiàn)后IDS就可以達(dá)到其最大值。但是，我們可以假設(shè)電流最大值接近拐點(diǎn)并且此應(yīng)用指南應(yīng)用指南中也假設(shè)拐點(diǎn)處的柵

29、極電荷與負(fù)載電流IDS是相對應(yīng)的。Miller Plateau電壓的斜率一般顯示為零或接近零的斜率，但 是此變化率取決于Cgd 和 Cgs之間的驅(qū)動電流的分配。如果 斜率不為零，一部分驅(qū)動電流就會流入Cgs。若斜率為零，所有的驅(qū)動電流就會若流入Cgd。當(dāng)CgdVGD乘積急速增大并且所有的驅(qū)動電流都用來平衡Cgd周圍電壓的變化時，裝置處于Miller Plateau狀態(tài)下注入柵極中的電荷為Qgd。需要注意的是一旦這種效應(yīng)結(jié)束（當(dāng)VDS達(dá)到通態(tài)值時），Cgd將再次回歸恒定且大量電流再次流入Cgs。由于Cgd的值更大并且量值上更接近Cgs，變化率的斜度不再像第一個時期(t2)那么大。備注(1)tvf

30、Qgd_d(VDSVF)(Rg+Rg_app)=-IDS(VDS_DVF_D)VGS_APPVth+-gfs(18)同樣，在關(guān)閉瞬態(tài)電壓時，電壓的上升時間(tvr = t5)為：Qgd_d(VDSVF)(Rg+Rg_app)tvr=-IDS(19)(VDS_DVF_D)Vth+-gfs電流的下降時間(tif = t6)為：IDSVth+-gat VDSfs)In-=(Rg+Rg_app)(CissVth(20)tif等式和數(shù)據(jù)手冊值的對比從圖7中可以看出數(shù)據(jù)手冊中開啟和關(guān)閉時間的定義。這些定義可以等效于以上和此處所示的等式：(21)td(on)t1+tirtrtvftd(off)t4tftvr

31、同前。(22)(23)(24)結(jié)合柵極電荷和電容組合以獲得開關(guān)時間本手冊的目標(biāo)是使用數(shù)據(jù)手冊數(shù)據(jù)來預(yù)測MOSFET的開關(guān)時間從而預(yù)估開關(guān)損耗。由于是t1 終點(diǎn)到t3終點(diǎn)的這段時間導(dǎo) 致的導(dǎo)通損耗，所以很有必要計算出這一時間（圖4）。將11和12聯(lián)合起來就有可能獲得電流的上升時間(tir = t2 - t1) 并且由于VDS在此時間段里保持恒定，我們可以在恰當(dāng)?shù)腣DS值處使用特定資料表中的Ciss值。 假設(shè)傳輸特性不變，那么 可以用Vth + IDS/gfs替換VGP：tir=(Rg+Rg_app)(Cissat VDS)(17)gfs(VGS_APPVth)x In-gfs(VGS_APPVt

32、h)IDS圖 7 - 顯示開啟和關(guān)閉時間定義的草圖在VDS (tvf = t3)回落期很難采用Cgd的值。因此，因此，如果采用數(shù)據(jù)手冊中的柵極電荷值(Qgd_d)并且除以漏極連接上所見到的電壓變化(VDS_D - VF_D)，我們就可以根據(jù)數(shù)據(jù)手冊的瞬態(tài)值，有效地為Cgd給出一個值。應(yīng)用指南4文件編號：73315版本：2004年12月02日應(yīng)用指南608Vishay Siliconix功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching

33、 Performance表1-開關(guān)瞬態(tài)示例SI4892DY計算值Rg_app Ciss at VDSCiss at 0 Vgfs VGS_APPVthIDSQgd_dVDS_D IDS_DRDS(on)VFVF_D VDSt1 (等式 11)tir (等式 17)tvf (等式 18)t4 (等式 14)tvr (等式 19)tif (等式 20)td(on)trtd(off)tf數(shù)據(jù)手冊td(on) tr td(off) tf-1011241020205020ns最小值5.462088021.690.80.92.813.511.20.0080.00720.0913.50.280.011.48

34、.47.50.060.291.48.47.5典型值0.86775110027101.413.51512.40.010.010.12150.790.022.814.516.70.140.812.814.516.7最大值16.6930132032.4111.81.14.216.513.60.0120.01320.1616.51.60.055.52647.70.441.75.52647.7圖 9 - 關(guān)閉狀態(tài)下開關(guān)瞬態(tài)值的測量電流值和電壓值nsV單位pFS VAnCVA圖 8 - 開啟狀態(tài)下開關(guān)瞬態(tài)值的測量電流值和電壓值Rg表2-測量值和計算值對比計算值tir (等式 17)tvf (等式 18)t

35、vr (等式 19)tif (等式 20)測量值tirtvftvrtif168.810.428201113352413.215.642ns最小值0.181.63.50.95典型值0.443.77.91.0最大值1.18.4221.5ns單位最小開關(guān)瞬態(tài)值是利用適當(dāng)?shù)膮?shù)值來計算的，這個參數(shù)會導(dǎo)出一個最短的開關(guān)瞬態(tài)值。在某些情況下，這意味著使用最大參數(shù)值來計算最小開關(guān)瞬態(tài)值，反之亦然，即使用最小參數(shù)值來計算最大開關(guān)瞬態(tài)值。將等式和測量到的開關(guān)瞬態(tài)值進(jìn)行比較數(shù)據(jù)手冊中的開關(guān)瞬態(tài)值是采用電阻負(fù)載測量到的，不代表實(shí)際電路。裝置本身也不會按照以上的理想狀態(tài)來運(yùn)行。因此，可以測得實(shí)際的開關(guān)波段，如圖8和圖

36、9所示。這些開關(guān)瞬態(tài)值適用于Si4892DY降壓變換器上管。電路參數(shù)為：VDS = 5 V, IDS = 5 A, VGS_APP = 5 V, and Rg_app = 10 應(yīng)用指南文件編號：73315版本：2004年12月02日5應(yīng)用指南608Vishay Siliconix功率MOSFET基本系列：了解柵極電荷并用來評估開關(guān)性能Power MOSFET Basics: Understanding Gate Charge andUsing it to Assess Switching Performance驅(qū)動電路的局限從表2中可以看出，計算值和實(shí)際測量值之間十分相近。但是，MOSFET

37、的開關(guān)時間不僅受寄生元件的影響，同時還受驅(qū)動電路的影響。在上述條件下，假設(shè)柵極電路不會限制MOSFET的開關(guān)性能。例如，在MOSFET P通道和N通道 驅(qū)動器下，輸入柵極的理論電流值可能比驅(qū)動器實(shí)際的供電電流值要大。MOSFET的驅(qū)動方式有數(shù)種，本應(yīng)用指南在此不做描述。使用本文中所描述的算式計量開關(guān)時間，不需要使用復(fù)雜的算式與模型或者昂貴的模擬軟件就可以估計開關(guān)損耗。主要的差異就是計算值和實(shí)際電流瞬變值的不同。這些計算結(jié)果比實(shí)際瞬態(tài)值小一個數(shù)量級，因此，需要進(jìn)一步考慮電流上升和回落的時間，下面有相關(guān)描述。電流瞬變計算值和實(shí)際測量值之間之所以存在誤差是由于計算值都是在假設(shè)的理想狀態(tài)下得出的。等式

38、中可以參考的一個主要參數(shù)是MOSFET的封裝電感。這會減緩電流的瞬變速度，并且可以在某些假設(shè)狀態(tài)下考慮利用它來使計算簡便。由于負(fù)載電流一般情況下比柵極電流大得多，我們先假設(shè)所有通過封裝電感的電流都是IDS。因此開啟狀態(tài)下MOSFET封裝電感電壓可以表示為：如果將等式25從VGS中減去并且用來解t的值，tir瞬變則是：tir=(Rg+Rg_app)Cissat VDS(VGS_APPVth)gfsL(V-V)+thGS_APP(Rg+Rg_app)Cissat VDSx In-(VGS_APPVGP)電流瞬變tif計算結(jié)果采用同樣的原理如下：tif=(Rg+Rg_app)Cissat VDSgf

39、sLV-1+GP(Rg+Rg_app)Cissat VDSx In-Vth(27) (26)表3-封裝電感測量值和計算值比較計算值tir (等式 26)tvf (等式 18)tvr (等式 19)tif (等式 27)測量值tirtvftvrtif168.810.428201113352413.215.642ns最小值4.71.63.58.1典型值8.13.77.917.9最大值13.28.42232.8ns單位(VGS_APPVth)gfsL-VL=-(Rg+Rg_app)Cissat VDSx e(Rg+Rg_app)(Cissat VDS)這就是電流瞬變產(chǎn)生的電阻值并且是從柵極電壓中減去

40、的那部分電壓值，因此可以減慢電流的瞬變速度。t(25)結(jié)論本應(yīng)用指南描述了在獨(dú)立評估狀態(tài)下，功率MOSFET的上升和下降時間的有效近似值。數(shù)據(jù)手冊中用于導(dǎo)出公式的數(shù)據(jù)值可以用來得出MOSFET的開關(guān)性能及開關(guān)損耗。但是，如圖3所示，理想的開關(guān)瞬態(tài)總是要比實(shí)際值短，一般情況下，我們應(yīng)該采用數(shù)據(jù)手冊中的參數(shù)最大值來計算實(shí)際結(jié)果。應(yīng)用指南6文件編號：73315版本：2004年12月02日VISHAY特許專業(yè)代理商WESTPACELECTRONICSLIMITED威柏電子香港總公司-VISHAY分立半導(dǎo)體及無源器件香港一級代理： 威柏電子有限公司.Westpac Electronics Limited.香港九龍觀塘成業(yè)街7號寧晉中心33字樓B室電話: (852)2763 5991 傳真: (852)2343 6979電郵: infowestpac-.hk JoWangwestpac-.hk國內(nèi)辦事處：Westpac威柏電子深圳分公司-VISHAY分立半導(dǎo)體及無源器件深圳一級代理： 深圳市威柏德電子有限公司深圳: 深圳市福田區(qū)金田路諾德中心17樓B室電郵: PeterZhaowestpac-.hk電話:88262913 88262910 88262908 傳真