本文內容旨在和大家討論如何從datasheet中評估MOSFET等效電容，柵極電荷，柵極閾值電壓，米勒平臺電壓，內部柵極電阻，最大Dv / Dt相關信息。我將會通過實例來分析，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平臺電壓，近似內部柵極電阻以及IRFP450的dv / dt極限。 下圖是地面參考柵極驅動應用中該MOS的示意圖。

提供以下參數信息以進行必要的計算：

Vds,off=380V                    器件的標稱漏極-源極關斷狀態電壓。

Id=5A                                滿載時最大漏極電流

Tj=100℃                           工作結溫

Vdrv=13V                         驅動電壓

Rgate=5Ω                         外部驅動電阻

Rlo=Rhi=5Ω                      驅動電路的輸出電阻

一、電容

IRFP450的數據手冊提供了以下電容值：

使用這些值作為基礎，可以估算出實際應用的平均電容為：

等效值： 

計算結果：

電容值可以從以下基本關系中獲得：

Cgd=Crss,avg                                    Cgd=22pF

Cgs=Ciss-Crss                                    Cgs=2000pF-43pF=1957pF

Cds=Coss,avg-Crss,avg                      Cds=154pF-22pF=132pF

   請注意，Cgs是根據原始數據表中的值計算得出的。 在一個方程式之內，值得注意的是使用在相同測試條件下測得的電容器值。 還請記住，Cgs是恒定的，它與電壓無關。 另一方面，Cgd和Cds電容器具有很強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、驅動充電

   對于特定的柵極驅動幅度，漏極電流電平和漏極截止狀態電壓，最壞情況下的柵極電荷數在IRFP450數據手冊中給出。

   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動幅度。從左側的13V柵極至源極電壓開始，找到相應的漏極至源極電壓曲線（如果未給出確切值，則進行內插），然后在水平軸上讀取總柵極電荷值。如果需要更準確的值，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值計算米勒電荷。 最后，過驅動電荷分量-將柵極-源極電壓從Miller平臺升高到最終幅度---應該再次從圖中進行估算。

三、柵極閾值和米勒平臺電壓

   正如已經在（二）中顯示的那樣，接下來要探討幾個MOSFET開關特性受柵極閾值和Miller平臺電壓的實際值影響。 為了計算Miller平臺電壓，一種可能性是使用數據手冊中列出的MOSFET的柵極至源極閾值電壓（VTH）和跨導（gfs）。

從表中看，閾值的定義不是很好，列出的gfs信號量很小。 獲得實際VTH和Miller平臺電壓的更準確方法是使用數據手冊的“典型傳輸特性”曲線。

   從相同的溫度曲線中，選擇兩個易于讀取的點，并注意相應的漏極電流和柵極至源極電壓。 選擇漏極電流值以對應于圖形的垂直網格線，這樣就可以準確讀取電流。 然后沿相交點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，因為柵極-源極電壓與漏極電流的對數比例成線性比例 。 在線性范圍內更容易估算Vgs1和Vgs2，因此潛在誤差要小得多。

舉個栗子：（150℃）

Id1=3A

Vgs1=4.13V

Id2=20A

Vgs2=5.67V

柵極閾值和米勒平臺電壓可以計算為：

Id1=K*（Vgs1-Vth）^2

Id2=K*（Vgs2-Vth）^2

   這些值對應于150°C的結溫，因為使用了“典型傳輸特性”中的150°C曲線。 由于閾值電壓的溫度系數很大，因此必須在此應用中針對100°C的工作結溫校正結果。柵極閾值電壓和Miller平臺電壓電平必須通過以下方式進行調整：

四、內部柵極電阻

   另一個有趣的參數是內部柵極網格電阻（Rg,i），該參數未在數據手冊中定義。 該電阻是連接設備中各個MOSFET晶體管單元的柵極的分布式電阻器網絡的等效值。 因此，設備內的柵極信號分布看起來和行為與傳輸線非常相似。 這導致器件中各個MOSFET單元的開關時間不同，具體取決于驅動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行測量。 該測量與實驗室中常規執行的電容器的ESR測量相同。 為了進行此測量，MOSFET的源極和漏極端子短接在一起。 阻抗分析儀應設置為RS-CS或可用的RS-CS-LS等效電路，以產生等效柵極電阻Rg,i，MOSFET的輸入電容，Ciss和晶體管的串聯寄生電感的分量值設備，全部串聯連接。

   對于此示例，通過HP4194阻抗分析儀測量了IRFP450的等效分量值。 器件的內部柵極電阻確定為Rg,i =1.6Ω。 等效電感測得為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才容易受到dv / dt感應的導通。 從根本上講，導通是由流經器件柵極-漏極電容器并產生正柵極-源極電壓的電流引起的。 當該電壓的幅度超過器件的柵極至源極導通閾值時，MOSFET開始導通。 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。 根據這些電容值，可以將柵極至源極電壓計算為：

   如果VGS <VTH，則MOSFET保持截止狀態。 為了確保這一點，最大漏極至源極電壓可通過以下方式估算：

   該機制提供了針對dv / dt在低壓應用中引起的導通的全面保護，而不受內部柵極電阻和外部驅動阻抗的影響。

   對于更高電壓的應用，希望確定MOSFET的自然dv / dt極限。 該特性對應于在外部驅動器阻抗為零的理想情況下，器件在不導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兩端的電壓降會啟動導通。因此，自然dv / dt極限可通過以下公式計算得出：

   這個極限值對于評估設備對特定應用的適用性非常重要，在該應用中，電路的其他組件會強制關閉dv / dt。 這些應用包括同步整流器，諧振模式和軟開關電源轉換器。

   第三次計算根據MOSFET器件的寄生元件和柵極驅動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隨著溫度發生顯著變化，這一點很重要。 因此，必須考慮高結溫的影響。 對于在100°C的工作結溫下使用IRFP450型晶體管的特定示例，計算得出以下限制：

CASE1：在以下漏極/源極電壓以下時，沒有dv / dt引起的導通：

CASE2:IRFP450的dv / dt限制為：

CASE3:電路中的dv / dt限值包括驅動器輸出阻抗的影響為：