本文內(nèi)容旨在和大家討論如何從datasheet中評(píng)估MOSFET等效電容，柵極電荷，柵極閾值電壓，米勒平臺(tái)電壓，內(nèi)部柵極電阻，最大Dv / Dt相關(guān)信息。我將會(huì)通過實(shí)例來分析，不足之處還望大家留言指正。
在此示例中，我們將要計(jì)算MOSFET的等效Cgs，Cgd和Cds電容，總柵極電荷，柵極閾值電壓和Miller平臺(tái)電壓，近似內(nèi)部柵極電阻以及IRFP450的dv / dt極限。 下圖是地面參考柵極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中該MOS的示意圖。
提供以下參數(shù)信息以進(jìn)行必要的計(jì)算：
Vds,off=380V 器件的標(biāo)稱漏極-源極關(guān)斷狀態(tài)電壓。
Id=5A 滿載時(shí)最大漏極電流
Tj=100℃ 工作結(jié)溫
Vdrv=13V 驅(qū)動(dòng)電壓
Rgate=5Ω 外部驅(qū)動(dòng)電阻
Rlo=Rhi=5Ω 驅(qū)動(dòng)電路的輸出電阻
一、電容
IRFP450的數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了以下電容值：
使用這些值作為基礎(chǔ)，可以估算出實(shí)際應(yīng)用的平均電容為：
等效值：
計(jì)算結(jié)果：
電容值可以從以下基本關(guān)系中獲得：
Cgd=Crss,avg Cgd=22pF
Cgs=Ciss-Crss Cgs=2000pF-43pF=1957pF
Cds=Coss,avg-Crss,avg Cds=154pF-22pF=132pF
請(qǐng)注意，Cgs是根據(jù)原始數(shù)據(jù)表中的值計(jì)算得出的。 在一個(gè)方程式之內(nèi)，值得注意的是使用在相同測(cè)試條件下測(cè)得的電容器值。 還請(qǐng)記住，Cgs是恒定的，它與電壓無關(guān)。 另一方面，Cgd和Cds電容器具有很強(qiáng)的非線性和電壓依賴性。 它們的最高值為0V或接近0V，并且隨著柵極至漏極端子和漏極至源極端子兩端電壓的分別升高而迅速降低。
二、驅(qū)動(dòng)充電
對(duì)于特定的柵極驅(qū)動(dòng)幅度，漏極電流電平和漏極截止?fàn)顟B(tài)電壓，最壞情況下的柵極電荷數(shù)在IRFP450數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出。
使用下圖所示的典型“總柵極電荷”曲線可以很容易地校正不同的柵極驅(qū)動(dòng)幅度。從左側(cè)的13V柵極至源極電壓開始，找到相應(yīng)的漏極至源極電壓曲線（如果未給出確切值，則進(jìn)行內(nèi)插），然后在水平軸上讀取總柵極電荷值。如果需要更準(zhǔn)確的值，則必須分別確定不同的柵極電荷成分。 柵極至源極電荷可以從左側(cè)的曲線估算，只有正確的米勒高原水平必須已知。 可以從（一）中獲得的Crss,avg值計(jì)算米勒電荷。 最后，過驅(qū)動(dòng)電荷分量-將柵極-源極電壓從Miller平臺(tái)升高到最終幅度---應(yīng)該再次從圖中進(jìn)行估算。
三、柵極閾值和米勒平臺(tái)電壓
正如已經(jīng)在（二）中顯示的那樣，接下來要探討幾個(gè)MOSFET開關(guān)特性受柵極閾值和Miller平臺(tái)電壓的實(shí)際值影響。 為了計(jì)算Miller平臺(tái)電壓，一種可能性是使用數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的MOSFET的柵極至源極閾值電壓（VTH）和跨導(dǎo)（gfs）。
從表中看，閾值的定義不是很好，列出的gfs信號(hào)量很小。 獲得實(shí)際VTH和Miller平臺(tái)電壓的更準(zhǔn)確方法是使用數(shù)據(jù)手冊(cè)的“典型傳輸特性”曲線。
從相同的溫度曲線中，選擇兩個(gè)易于讀取的點(diǎn)，并注意相應(yīng)的漏極電流和柵極至源極電壓。 選擇漏極電流值以對(duì)應(yīng)于圖形的垂直網(wǎng)格線，這樣就可以準(zhǔn)確讀取電流。 然后沿相交點(diǎn)到水平軸并讀取柵極-源極電壓。從漏極電流開始將獲得更高的精度，因?yàn)闁艠O-源極電壓與漏極電流的對(duì)數(shù)比例成線性比例 。 在線性范圍內(nèi)更容易估算Vgs1和Vgs2，因此潛在誤差要小得多。
舉個(gè)栗子：（150℃）
Id1=3A
Vgs1=4.13V
Id2=20A
Vgs2=5.67V
柵極閾值和米勒平臺(tái)電壓可以計(jì)算為：
Id1=K*（Vgs1-Vth）^2
Id2=K*（Vgs2-Vth）^2
這些值對(duì)應(yīng)于150°C的結(jié)溫，因?yàn)槭褂昧?ldquo;典型傳輸特性”中的150°C曲線。 由于閾值電壓的溫度系數(shù)很大，因此必須在此應(yīng)用中針對(duì)100°C的工作結(jié)溫校正結(jié)果。柵極閾值電壓和Miller平臺(tái)電壓電平必須通過以下方式進(jìn)行調(diào)整：
四、內(nèi)部柵極電阻
另一個(gè)有趣的參數(shù)是內(nèi)部柵極網(wǎng)格電阻（Rg,i），該參數(shù)未在數(shù)據(jù)手冊(cè)中定義。 該電阻是連接設(shè)備中各個(gè)MOSFET晶體管單元的柵極的分布式電阻器網(wǎng)絡(luò)的等效值。 因此，設(shè)備內(nèi)的柵極信號(hào)分布看起來和行為與傳輸線非常相似。 這導(dǎo)致器件中各個(gè)MOSFET單元的開關(guān)時(shí)間不同，具體取決于驅(qū)動(dòng)單元與柵極連接的焊盤之間的距離。
確定Rg,i的最可靠方法是使用阻抗橋進(jìn)行測(cè)量。 該測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室中常規(guī)執(zhí)行的電容器的ESR測(cè)量相同。 為了進(jìn)行此測(cè)量，MOSFET的源極和漏極端子短接在一起。 阻抗分析儀應(yīng)設(shè)置為RS-CS或可用的RS-CS-LS等效電路，以產(chǎn)生等效柵極電阻Rg,i，MOSFET的輸入電容，Ciss和晶體管的串聯(lián)寄生電感的分量值設(shè)備，全部串聯(lián)連接。
對(duì)于此示例，通過HP4194阻抗分析儀測(cè)量了IRFP450的等效分量值。 器件的內(nèi)部柵極電阻確定為Rg,i =1.6Ω。 等效電感測(cè)得為12.9nH，輸入電容為5.85nF。
五、dv/dt限制
MOSFET晶體管僅在其漏極-源極電壓快速上升時(shí)才容易受到dv / dt感應(yīng)的導(dǎo)通。 從根本上講，導(dǎo)通是由流經(jīng)器件柵極-漏極電容器并產(chǎn)生正柵極-源極電壓的電流引起的。 當(dāng)該電壓的幅度超過器件的柵極至源極導(dǎo)通閾值時(shí)，MOSFET開始導(dǎo)通。 需要考慮三種不同的情況：首先，查看由CGD和CGS電容器形成的電容分壓器。 根據(jù)這些電容值，可以將柵極至源極電壓計(jì)算為：
如果VGS <VTH，則MOSFET保持截止?fàn)顟B(tài)。 為了確保這一點(diǎn)，最大漏極至源極電壓可通過以下方式估算：
該機(jī)制提供了針對(duì)dv / dt在低壓應(yīng)用中引起的導(dǎo)通的全面保護(hù)，而不受內(nèi)部柵極電阻和外部驅(qū)動(dòng)阻抗的影響。
對(duì)于更高電壓的應(yīng)用，希望確定MOSFET的自然dv / dt極限。 該特性對(duì)應(yīng)于在外部驅(qū)動(dòng)器阻抗為零的理想情況下，器件在不導(dǎo)通的情況下可以承受的最大dv / dt。 這由示意圖中的柵極-源極連接短路來表示。
由于CGD的充電電流，Rg,i兩端的電壓降會(huì)啟動(dòng)導(dǎo)通。因此，自然dv / dt極限可通過以下公式計(jì)算得出：
這個(gè)極限值對(duì)于評(píng)估設(shè)備對(duì)特定應(yīng)用的適用性非常重要，在該應(yīng)用中，電路的其他組件會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉dv / dt。 這些應(yīng)用包括同步整流器，諧振模式和軟開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器。
第三次計(jì)算根據(jù)MOSFET器件的寄生元件和柵極驅(qū)動(dòng)電路的特性描述了漏極-源極電壓波形的dv / dt極限，為避免導(dǎo)通，柵極-源極電壓 必須保持在開啟閾值電壓以下：
值得注意，MOSFET晶體管的閾值電壓會(huì)隨著溫度發(fā)生顯著變化，這一點(diǎn)很重要。 因此，必須考慮高結(jié)溫的影響。 對(duì)于在100°C的工作結(jié)溫下使用IRFP450型晶體管的特定示例，計(jì)算得出以下限制：
CASE1：在以下漏極/源極電壓以下時(shí)，沒有dv / dt引起的導(dǎo)通：
CASE2:IRFP450的dv / dt限制為：
CASE3:電路中的dv / dt限值包括驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗的影響為：