功率器件参数定义及测试方案
发表时间:【2024-07-03】
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参数定义功率器件参数主要是指静态直流参数,是本身固有的,与其工作条件无关的电学参数,以MOS管为例,主要包括:门极开关电压(VGSTH、VGSON、VGSOFF),漏-源击穿电压(BVDSS)、零栅压漏极电流(IDSS)、栅源漏电流(IGSS)、导通内阻(RDSON)、寄生电容(输入电容Ciss、输出电容Coss、发向传输电容Crss),以及以上参数的相关特性曲线的测试(IV及CV曲线)。第三代半导体以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等全新宽带隙材料为主流推出MOS管、IGBT能够支持大电压和高切换速度,在新兴大功率应用领域具有广阔前景。在高电压直流偏置条件下 (高达3 kV),高击穿电压 (达10 kV)、 大电流 (数千安培)、 栅极电荷以及连接电容表征和器件温度特征和 GaN器件电流崩溃效应测量功能都十分必要,是推动新器件尽快上市的重要保证。IGBT可以作为众多应用的电子开关,其重要性持续增加。以功率MOS管为例,讲述分立器件静态测试参数:

VGSTH/VGSON,VGS(off):阈值电压

VGSTH是指加的栅源电压能使漏极开始有电流,或关断MOSFET时电流消失时的电压,测试的条件(漏极电流,漏源电压,结温)也是有规格的。正常情况下,所有的MOS栅极器件的阈值电压都会有所不同。因此,VGSTH的变化范围是规定好的。VGSTH是负温度系数,当温度上升时,MOSFET将会在比较低的栅源电压下开启。

BVDSS:漏-源击穿电压(破坏电压)

BVDSS(有时候叫做V(BR)DSS)是指在特定的温度和栅源短接情况下,流过漏极电流达到一个特定值时的漏源电压。这种情况下的漏源电压为雪崩击穿电压。BVDSS是正温度系数,温度低时BVDSS小于25℃时的漏源电压的最大额定值。在-50℃,BVDSS大约是25℃时最大漏源额定电压的90%。

IDSS:零栅压漏极电流

IDSS是指在当栅源电压为零时,在特定的漏源电压下的漏源之间泄漏电流。既然泄漏电流随着温度的增加而增大,IDSS在室温和高温下都有规定。漏电流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之间的电压计算,通常这部分功耗可以忽略不计。

IGSS ―栅源漏电流

IGSS是指在特定的栅源电压情况下流过栅极的漏电流。

RDSON:导通电阻

RDSON是指在特定的漏电流(通常为ID电流的一半)、栅源电压和25℃的情况下测得的漏-源电阻。

Ciss:输入电容

Ciss指将漏源短接,用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成,或者Ciss=Cgs+Cgd。当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启,放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动电路和Ciss对器件的开启和关断延时有着直接的影响。

Coss:输出电容

Coss指将栅源短接,用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。Coss是由漏源电容Cds和栅漏电容Cgd并联而成,或者Coss = Cds +Cgd对于软开关的应用,Coss非常重要,因为它可能引起电路的谐振。

Crss:反向传输电容

Crss指在源极接地的情况下,测得的漏极和栅极之间的电容为反向传输电容。反向传输电容等同于栅漏电容。Cres =Cgd,反向传输电容也常叫做米勒电容,对于开关的上升和下降时间来说是其中一个重要的参数,会影响关断延时时间。电容随着漏源电压的增加而减小,尤其是输出电容和反向传输电容。

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