下载文档原格式
功率器件的静态参数和动态参数是描述其性能和特性的重要指标。
静态参数主要描述了功率器件在静态条件下的性能，主要包括以下几个方面：
1. 门极开启电压和门极击穿电压：描述了功率器件的输入特性，定义了能够安全驱动功率器件所需的电压范围。
2. 集电极-发射极间耐压：衡量功率器件承受的最高电压，它是确保器件正常工作的关键参数。
3. 集电极-发射极间漏电流：描述了当功率器件处于关断状态时，集电极和发射极之间的电流大小。
4. 寄生电容：描述了功率器件内部存在的电容效应，包括输入电容、转移电容和输出电容等。
5. 特性曲线：描述了功率器件在不同工作条件下的性能表现，如输入特性曲线、输出特性曲线等。
动态参数主要描述了功率器件在动态工作状态下的性能，主要包括以下几个方面：
1. 栅极电荷：描述了功率器件在开关过程中，栅极所需吸收或释放的电荷量。
2. 导通延迟时间、上升时间、关断延迟时间、下降时间：描述了功
率器件在开关过程中，各个阶段的时间参数。
3. 开通损耗和关断损耗：描述了功率器件在开通和关断过程中所消耗的能量。
4. 反向恢复电流、反向恢复时间和反向恢复能量：描述了功率器件在开关过程中，反向恢复阶段的相关参数。
这些参数对于评估和选择合适的功率器件非常重要，因为它们直接影响到功率器件的性能和应用范围。
同时，了解这些参数也有助于优化电路设计，提高系统的稳定性和可靠性。
驱动及吸收电路不同参数对IGBT开关过程的影响作者：海飞乐技术时间：2017-07-07 11:49 功率半导体器件是电能转换的关键器件,而IGBT又是功率器件中目前发展最快且很有发展前途的一种混合器件,由于其具有开关速度快、驱动功率小、电流容量大、电压等级高且价格低等优点,使其应用范围越来越广泛,特别在开关电源、逆变焊机、UPS、变频调速器等领域中更是大量应用。
在功率较大的电力电子设备中,主电路的形式一般均采用桥式电路,而在桥式电路中,功率器件IGBT的驱动及吸收电路对其能否正常可靠使用起着至关重要的作用。
驱动及吸收电路的参数设计合理,可以大大延长IGBT的使用寿命,提高设备的可靠性。
否则,将会使IGBT经常失效,甚至无法工作。
一、驱动及吸收电路对IGBT开关过程的影响在进行开关电源设计时,使用了如图1所示的主电路。
1.不同参数对驱动波形的影响图1主电路在图1所示主电路中,对驱动及吸收参数进行了不同的选择试验,即对R G、R X、C X的取值进行了不同的选择,以下对几种选择试验情况分别说明。
(1)驱动较快,吸收较轻,驱动负压较小取R G值较小,R X值较大,C X值较小。
试验过程中,先不加主电路中的V2,使控制及驱动电路正常输出,然后再使V2从0逐渐升高,并随时观察IGBT的GE间波形,我们发现其GE间的波形随V2的变化而有所变化。
IGBT的GE间波形在其同一桥臂的另一只管子开通时产生了较高的电压尖锋,且V2值越高,其尖峰越高。
在V2升至一定值时,其尖峰值甚至高至使IGBT导通的程度,从而产生同一桥臂的共导,使IGBT失效,无法正常工作。
值得注意的是,富士、三菱等公司的驱动厚膜电路,为防止保护误动作,均设有一定的保护盲区。
所以在上述电路参数的试验中,由于尖峰较窄,共导时间很短,保护电路无法动作,使IGBT多次受过电流冲击而失效。
由于所选参数无法使IGBT正常工作,故此电路参数根本不能进入运行试验。
MOSFET寄生电容参数如何影响开关速度我们应该都清楚，MOSFET 的栅极和漏源之间都是介质层，因此栅源和栅漏之间必然存在一个寄生电容CGS和CGD，沟道未形成时，漏源之间也有一个寄生电容CDS，所以考虑寄生电容时，MOSFET 的等效电路就成了图 2 的样子了。
但是，我们从MOSFET 的数据手册中一般看不到这三个参数，手册给出的参数一般是 CISS、COSS和CRSS （见图 1 ），图 1 某数据手册关于寄生电容的描述它们与CGS、CGD、CDS的关系如下：CISS=CGS+CGD(CDS 短路时)，COSS=CDS+CGD，CRSS=CGD图 2 考虑寄生电容时的MOSFET模型下面看一下这些寄生参数是如何影响开关速度的。
如图3，当驱动信号 Ui到来的一瞬间，由于MOSFET处于关断状态，此时CGS 和CGD上的电压分别为UGS=0， UGD=-VDD，CGS和 CGD上的电荷量分别为 QGS= 0，QGD= UGDCGD=VDDCGD。
接下来 Ui通过 RG 对CGS充电，UGS逐渐升高（这个过程中，随着UGS升高，也会伴随着CGD的放电，但是由于VDD远大于UGS，CGD不会导致栅电流的明显增加）。
当UGS达到阈值电压时，开始有电流流过MOSFET（事实上，当UGS还没有达到阈值电压时，已经有微小的电流流过MOSFET 了），MOSFET 上承受的压降由原来的VDD开始减小，CGD上的电压也会随之减小，那么，也就伴随着的 CGD 放电。
由于 CGD 上的电荷量 QGD= VDDCGD较大，所以放电的时间较长。
在放电的这段时间内，栅极电流基本上用于 CGD 的放电，因此栅源电压的增加变得缓慢。
放电完成后，Ui通过RG继续对CGS和CGD 充电（因为此时MOSFET已经充分导通，相当于CGS和CGD并联），直到栅源电压达到Ui，开启过程至此完成。
图4 的曲线很好地描绘了导通过程中UGS随时间变化的曲线。
寄生电感在IGBT开关损耗测量中的影响Effects of Parasitic Inductance over IGBT Switching Loss Measurement浙江大学沈燕群，邓焰，何湘宁 E-mail: dengyan@摘要：MOS门极功率开关元件的开关损耗受工作电压、电流、温度以及门极驱动电阻等因素影响，在测量时主要以这些物理量为参变量。
但测量的非理想因素对测量结果影响是值得注意的，比如常见的管脚引线电感。
本文在理论分析和实验数据基础上阐述了各寄生电感对IGBT开关损耗测量结果的影响。
Abstract: The switching losses of MOS-Gated power components are decided mostly by operation voltage, current, temperature and driving, which are usually adopted as the loss measurement variables. In addition, measurement is remarkably influenced by non-ideal test conditions such as lead inductance. How the different parasitic inductances effecting over the IGBT transient losses are described based on theoretic analysis and experimental results.关键词：开关损耗测量，寄生电感，IGBTKeywords: Switching loss measurement, Parasitic inductance, IGBT1简介[1]功率半导体开关元件的开关损耗特性研究对功率变流器设计的意义是不言而喻的，在有紧凑性要求或散热条件特殊场合或可靠性要求较高场合，都需要严格按器件损耗特性进行大余量热设计[2-3]。
mos管寄生电容寄生电容是MOS管中一个重要的参数，对MOS管的性能和工作状态有着重要影响。
本文将从寄生电容的定义、特性以及对MOS管性能的影响等方面进行详细阐述。
一、寄生电容的定义寄生电容是指在MOS管中除了设计意图外，由于材料、结构等因素所产生的电容。
它是不可避免存在的，并且会对MOS管的性能产生一定的影响。
寄生电容主要分为输入电容、输出电容和反向传输电容三种。
其中输入电容是指当MOS管的栅极电压变化时，导致源极和栅极之间的电荷变化所产生的电容。
输出电容是指当MOS管的栅极电压变化时，导致漏极和栅极之间的电荷变化所产生的电容。
反向传输电容是指当MOS管的漏极电压变化时，导致栅极和漏极之间的电荷变化所产生的电容。
这三种电容都会对MOS管的工作性能产生影响。
二、寄生电容的特性1. 面积相关：寄生电容与MOS管的面积成正比。
面积越大，寄生电容越大。
2. 厚度相关：寄生电容与MOS管的氧化层的厚度成反比。
氧化层越薄，寄生电容越大。
3. 电压相关：寄生电容与MOS管的工作电压无关，但与栅极电压和漏极电压有关。
栅极电压越大，输入电容越小；漏极电压越大，输出电容和反向传输电容越小。
三、寄生电容对MOS管性能的影响1. 延迟时间：寄生电容会导致MOS管的延迟时间增加。
在开关过程中，寄生电容需要充放电，从而导致开关速度变慢。
2. 开关损耗：寄生电容在开关过程中需要充放电，会导致能量损耗。
这种能量损耗会转化为热量，降低MOS管的效率。
3. 电流泄漏：寄生电容会导致MOS管的漏电流增加。
这是因为寄生电容会形成一个电荷储存器，当电压变化时，会导致电荷从栅极漏到源极或漏极，从而产生电流泄漏。
4. 噪声干扰：寄生电容会引入噪声干扰，影响MOS管的信号传输质量。
特别是在高频应用中，寄生电容会导致信号失真，降低系统性能。
四、减小寄生电容的方法1. 优化结构：通过优化MOS管的结构设计，减小寄生电容。
例如采用浅掺杂、缩小尺寸等方法，可以减小输入电容和输出电容。
版图设计中的寄生参数分析深圳中兴集成电路设计有限公司金善子1．引言正如我们了解的，工艺层是芯片设计的重要组成部分。
一层金属搭在另一层金属上面，一个晶体管靠近另一个晶体管放置，而且这些晶体管全部都是在衬底上制作的。
只要在工艺制造中引入了两种不同的工艺层，就会产生相应的寄生器件，这些寄生器件广泛地分布在芯片各处，更糟糕的是我们无法摆脱它们。
寄生器件是我们非常不希望出现的，它会降低电路的速度，改变频率响应或者一些意想不到的事情发生。
既然寄生是无法避免的，那么电路设计者就要充分将这些因素考虑进去，尽量留一些余量以便把寄生参数带来的影响降至最低。
2．寄生参数的种类寄生参数主要包括了电容寄生、电阻寄生，和电感寄生。
2．1 寄生电容图1所呈现的是在不同金属层之间以及它们与衬底之间产生的电容情况：图(1) 无处不在的寄生电容由上图我们可以看到寄生电容无处不在。
不过需要了解的是即使寄生电容很多，但是如果你的电路设计对电容不十分敏感的时候，我们完全可以忽略它们。
但当电路的设计要求芯片速度很快的时候，或者频率很高时，这些寄生的电容就显得格外重要了。
一般来说，在一个模拟电路中，只要频率超过20MHz 以上，就必须对它们给予注意，否则，它有可能会毁掉你的整个芯片。
减少寄生电容可以从以下几个方面入手：(1)导线长度如果你被告知某个区域的寄生参数要小，最直接有效的方法就是尽量减小导线长度，因为导线长度小的话，与它相互作用而产生的电容例如金属或者衬底层的电容就会相应地减小，这个道理显而易见。
(2)金属层的选择另一种解决的办法则是你的金属层选择。
起主要作用的电容通常是导线与衬底之间的电容，图2则说明了衬底电容对芯片的影响。
Noisy Quiet图(2) 衬底电容产生的噪声影响如上所示，电路1和电路2都对地产生了一个衬底电容，衬底本身又有一个寄生电阻，这样一来电路1的噪声就通过衬底耦合到电路2上面，这是我们不希望看到的。
因此我们改变一下金属层，通常情况下，最高金属层所形成的电容总是最小的。
FET管是由一大群小FET在硅片上并联的大规模集成功率开关。
每个小FET叫胞，每个胞的电流并不大，只有百毫安级。
设计师采用蚂蚁捍树的办法；多多的数量FET并联；达到开关大电流。
也就是同样大小硅片和耐压下；胞越多；允许电流越大。
益于多胞结构；FET的寄生二极管拥有了耐受电压击穿的能力。
即所谓的雪崩耐量。
在数据表中；以EAR（可重复雪崩耐量）和EAS（单次雪崩耐量）表示。
它表征了FET抗电压（过压）冲击的能力。
因此；许多小功率反激电源可以不用RCD吸收，FET自己吸收就够了。
用在过压比较严重的场合，这点要千万注意！大的雪崩耐受力；能提高系统的可靠性！FET的这个能力和电压；终身不会改变！每个胞的原理结构如图示红色指示的是FET开关的沟道，蓝色的是寄生的体二极管。
下面是Drain极（漏极）上面是Sourse 极（源极）。
平时；FET是关断的。
当栅上加正压时；在邻近栅的位置；会吸引许多电子。
这样；邻近的P型半导体就变成了N型；形成了连接两个N区的通道（N沟道），FET就通了。
显然；FET的耐压越高；沟道越长；电阻越大。
这就是高压FET的RDSON大的原因所以；功率FET，常被等效为：场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件.具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者.按结构场效应管分为：结型场效应（简称JFET）、绝缘栅场效应(简称MOSFET)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
mos管寄生参数mos管寄生参数是指在集成电路设计中，使用mos管对寄生参数进行建模和分析的方法。
mos管寄生参数是指mos管内部存在的各种电容和电阻等对电路性能的影响。
mos管寄生参数主要包括输入电容Cgs、输出电容Cgd、反向传输电容Cgb、漏极电导Gds和栅极电导Ggs等。
这些参数的存在会导致mos管在工作过程中产生一些不可忽视的电路寄生效应，对电路性能产生一定的影响。
mos管的输入电容Cgs是指栅极与源极之间的电容。
当栅极信号变化时，由于栅极与源极之间存在电容，就会导致电压延迟和相位延迟的问题。
这对于高频电路设计来说是非常重要的，需要准确地建立输入电容模型，以保证电路性能的稳定和可靠。
mos管的输出电容Cgd是指漏极与栅极之间的电容。
当mos管工作时，由于漏极与栅极之间存在电容，就会导致输出电压变化的延迟和相位延迟。
这对于高速数字电路设计来说是非常关键的，需要准确地建立输出电容模型，以保证电路的稳定和可靠。
mos管的反向传输电容Cgb是指栅极与基极之间的电容。
当mos 管工作时，由于栅极与基极之间存在电容，就会导致电流的反向传输和漏电流的增加。
这对于低功耗电路设计来说是非常重要的，需要准确地建立反向传输电容模型，以保证电路的低功耗和高性能。
mos管的漏极电导Gds是指漏极电流与漏极电压之间的关系。
当mos管工作时，由于漏极电流与漏极电压之间存在一定的关系，就会导致漏极电流的非线性增加和漏极电压的非线性变化。
这对于模拟电路设计来说是非常关键的，需要准确地建立漏极电导模型，以保证电路的线性和稳定。
mos管的栅极电导Ggs是指栅极电流与栅极电压之间的关系。
当mos管工作时，由于栅极电流与栅极电压之间存在一定的关系，就会导致栅极电流的非线性增加和栅极电压的非线性变化。
这对于模拟电路设计来说也是非常关键的，需要准确地建立栅极电导模型，以保证电路的线性和稳定。
mos管寄生参数是集成电路设计中不可忽视的重要因素。
MOS管寄生参数的影响和其驱动电路要点我们在应用MOS管和设计MOS管驱动的时候，有很多寄生参数，其中最影响MOS管开关性能的是源边感抗。
寄生的源边感抗主要有两种来源，第一个就是晶圆DIE和封装之间的Bonding线的感抗，另外一个就是源边引脚到地的PCB走线的感抗（地是作为驱动电路的旁路电容和电源网络滤波网的返回路径）。
在某些情况下，加入测量电流的小电阻也可能产生额外的感抗。
我们分析一下源边感抗带来的影响：1.使得MOS管的开启延迟和关断延迟增加由于存在源边电感，在开启和关段初期，电流的变化被拽了，使得充电和放电的时间变长了。
同时源感抗和等效输入电容之间会发生谐振（这个谐振是由于驱动电压的快速变压形成的，也是我们在G端看到震荡尖峰的原因），我们加入的门电阻Rg和内部的栅极电阻Rm都会抑制这个震荡（震荡的Q值非常高）。
我们需要加入的优化电阻的值可以通过上述的公式选取，如果电阻过大则会引起G端电压的过冲（优点是加快了开启的过程），电阻过小则会使得开启过程变得很慢，加大了开启的时间（虽然G端电压会被抑制）。
园感抗另外一个影响是阻碍Id的变化，当开启的时候，初始时di/dt偏大，因此在原感抗上产生了较大压降，从而使得源点点位抬高，使得Vg电压大部分加在电感上面，因此使得G点的电压变化减小，进而形成了一种平衡（负反馈系统）。
另外一个重要的寄生参数是漏极的感抗，主要是有内部的封装电感以及连接的电感所组成。
在开启状态的时候Ld起到了很好的作用（Subber吸收的作用），开启的时候由于Ld的作用，有效的限制了di/dt/（同时减少了开启的功耗）。
在关断的时候，由于Ld的作用，Vds电压形成明显的下冲（负压）并显著的增加了关断时候的功耗。
下面谈一下驱动（直连或耦合的）的一些重要特性和典型环节：直连电路最大挑战是优化布局实际上驱动器和MOS管一般离开很远，因此在源级到返回路径的环路上存在很大的感抗，即使我们考虑使用地平面，那么我们仍旧需要一段很粗的PCB线连接源级和地平面。
