什么是Qg,MOS管Qg的概念詳解

MOS管Qg的概念解析

MOS管Qg概念

Qg(柵極電荷):柵極電荷Qg是使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷，是指MOS開(kāi)關(guān)完全打開(kāi)，Gate極所需要的電荷量。

雖然MOS的輸入電容,輸出電容,在反饋電容是一項(xiàng)非常重要的參數(shù),但是這些參數(shù)都是一些靜態(tài)參數(shù)。

靜態(tài)時(shí)，Cgd通常比Cgs小，實(shí)際在MOS應(yīng)用中，當(dāng)個(gè)Gate加上驅(qū)動(dòng)電壓后，于Mill效應(yīng)有關(guān)聯(lián)的Cgd會(huì)隨著Drain極電壓變化而呈現(xiàn)非線性變化，而且其電容值會(huì)比Cgs大20倍以上雖然Cgs也會(huì)隨著Grain-Source電壓變化，但是其數(shù)值變化不大，通常會(huì)增大10%-15%左右。所以很難用輸入，輸出電容來(lái)衡量MOS的驅(qū)動(dòng)特性。

1.測(cè)試電路和波形

通常用Qg(柵極電荷)來(lái)衡量MOS的驅(qū)動(dòng)特性

如上圖1.3（1）在t0-t1時(shí)刻,Vgs開(kāi)始慢慢的上升直到Vgs(th),DS之間電流才開(kāi)始慢慢上升,同時(shí)Cgs開(kāi)始充電，在此期間Cgd和Cgs相比可以忽略;

（2）t1-t2時(shí)刻,Cgs一直在充電,在t2時(shí)刻，Cgs充電完成,同時(shí)Id達(dá)到所需要的數(shù)值,但是Vds并沒(méi)有降低;

（3）t2-t3時(shí)刻，VDS開(kāi)始下降,Cgs充電完成,而且Vgs始終保持恒定,此時(shí)主要對(duì)Cgd充電,此段時(shí)間內(nèi)，Cgd的電容值變大，在t3時(shí)刻Cgd充電完成,通常這個(gè)時(shí)間要比t1-t2長(zhǎng)很多;

（4）在t3-t4時(shí)刻,t3時(shí)刻Cgd和ICgsE已經(jīng)充電完成，VGS電壓開(kāi)始上.升直到驅(qū)動(dòng)IC的最高直流電壓。

所以圖1.3中所標(biāo)識(shí)的(Qgd+Qgs)是MOS開(kāi)關(guān)完全打開(kāi)所需要的最小電荷量。實(shí)際計(jì)算Qg的數(shù)值為t0-t4時(shí)刻所需要的總電荷。

根據(jù)Qg可以很容易計(jì)算出MOS管在一定的驅(qū)動(dòng)電流下完全打開(kāi)需要的時(shí)間，Q=CV，I=C/T，所以Q=IxT。

2. Qg和ID和VDS等的關(guān)系

（1）Qg會(huì)隨著VDD的增加而增大;

（2）Qg會(huì)隨著ID的增加而增大,因?yàn)镮D對(duì)應(yīng)的Vgs(th)也增加,響應(yīng)增加了Qg;但是增加的電荷量并不明顯

（3）Ciss大的MOS并不表示其Qg就大，跨導(dǎo)是要考慮的一個(gè)因數(shù)

MOS管Qg概念-Qg測(cè)試

1.測(cè)試電路

用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生60KHz方波,輸入到L6386的LIN(PIN1)在LVG(PIN9)和PGND(PIN8)兩端產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方波來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS，MOS的VDS沒(méi)有接電源。其中R2=24Ω。

當(dāng)R1=56Ω，測(cè)試結(jié)果如下:

采用了PCB上的下橋MOS管的電路連接,圖2.1中Isense還接有一0.1Ω的取樣電阻到PCB的地。

黃-信號(hào)發(fā)生器到SGND的波形，即LIN處的電壓波形;

紅-LVG到SGND的波形;

藍(lán)-LVG和PGND之間的電壓波形;(差分探棒測(cè)試)

綠-MOS的Gate和PGND之間的電壓波形;(差分探棒測(cè)試)

(1) 紅和藍(lán)之間的延時(shí)主要是因?yàn)樘桨舻念?lèi)型不一樣所導(dǎo)致，藍(lán)、綠之間就沒(méi)有延時(shí);

(2)在Rg= 80Ω(R1+R2) 時(shí)，MOS完全打開(kāi)的延時(shí)為160nS。

估算Qg_min：Qg_min=VCCxtd/(R1+R2)=15x160/80=30nC,和Datasheet中的87nC相差很大。

同時(shí)測(cè)試R1=180Ω時(shí)，td=379nS，估算Qg_min=15/204x379=27.8nC,和80Ω的計(jì)算結(jié)果基本一致。

取下橋的驅(qū)動(dòng)電阻為56Ω，然后考慮到VDD和ID的影響，將td時(shí)間為1.5的系數(shù)。

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