学技术 | Infineon MOSFET的参数密码--Vplateau

邪恶的一面我们称：「魔鬼藏在细节里」；

善良的一面我们称：「天使藏在细节里」。

不管之前有没有被魔鬼陷害到——尤其是低压控制的领域，今天鱼干我要讲的是细节里的天使，希望可以让被魔鬼挖坑跳进去的哈味（Hardware）工程师门可以爬出魔鬼挖的坑。其实这个坑是很多人都知道的，只是不晓得如何巧妙避开的个中诀窍，鱼干我也是曾经掉在这个坑内很久爬不出来、抓破头皮想破头不晓得是怎么跌进坑的@_@”

今天要说的，在高压（>5V）的应用不太会构成什么大问题，但若是应用在低压（尤其是MCU Logic level应用的）就要特别注意MOSFET的选型了，否则会在驱动的时候产生过高的损失（切换损与导通损）。

MOSFET Gate电容分布示意：

MOSFET Data sheet内有标示：CISS、COSS和CRSS，

其中：

CISS = CGS + CGD；

COSS = CDS + CGD；

CRSS = CGD.

但由于这些容值与电压变化有关，因此最好根据Gate Charge参数内来计算适当的开与关的值（电流与速度）。

下图为Logic level MOSFET ISC0806NLS data sheet

有没有发现万绿丛中的一点红？那么多Qxx内就出现那么一个完全不一样的Vplateau？对啦！那个参数就是这一整篇想要去找的、传说中的”天使”~ Vplateau到底在Gate Charge的整个图表内占了什么样的角色与份量？

有没有看到下列图表内的QGD那个平台？对！就是那个平台--传说中的Vplateau也就是众所皆知的米勒平台，说穿了好像也没什么了不起^_^||

从上面的图表我们可以得知：

Gate电压从：

QGS charge阶段：

t0 -> t1 VGS到达（VG（TH））时，IDrain开始流动；

t1 -> t2 VGS到达Vplateau电压时QGS结束、IDrain达到饱和、VDS开始往下降；

QGD charge阶段

t2 -> t3 VGS对CGD充电

t3 -> t4 QGD结束、VGS上升到最高电压后，整个QG结束

若是在5V Logic level的控制系统中又不外挂一个Gate Driver IC，选用了Vplateau >5V的MOSFET会发生什么事呢^_^？

如果datasheet内没有明确的标示出Vplateau怎么办呢？没关系，我们再去找一张Gate charge的图表（一定会有），图表内的那个平台约略也可以显示出Vplateau这个值：

从下图可以看出VGS对应到IG的图标（理想波形）与右侧展开后的波形：

[ VDRIVER（red）、VGS（green）、IG（blue）]

将上图展开后可以看到VDRIVE，VGS，IG的细节可以发现，依照QG公式计算出的电流并非全时直流，而是瞬时直流：

因此可以表示为：

由上式可以将R再简化为RG-ext + RG-int

某些较快速之MOSFET内部会再串入一个低阻值的RG以避免切换速度过快造成MOSFET损坏。

RG-ext则是我们自由设定的；

VDRIVE则是Gate Driver IC的输出电压（也可以是Totem pole输出）

因此可以再简化为：

iG=（VDRIVER–VGS）÷（RG-ext + RG-int）

以ISC0806NLS为例：

RG-int =1.2 ohm

VGS（th）= 2.3V

RG-ext = 5.6 ohm

VDRIVE =5V

iG=（5V–2.3V）÷（1.2 ohm + 5.6 ohm）= 397mA

选择Gate Driver IC时可以满足这个电流即可，因为根据电容瞬时电流特性，此397mA只出现在很短暂的时间内。

PDRIVE = QG x VG x fsw

由上式可以得知：任一个数据越高Pd就会越高，但通常QG与VG是不会变的，会变的通常是工作频率fsw

以ISC0806NLS为例：

QG =49nC（max）

VG = 5V

Fsw = 100KHz

Pd =49nC x 5V x 100KHz =24.5mW

假设我们将fsw提高到500KHz:

Pd =49nC x 5V x 500KHz =122.5mW

Pd增加了5倍，因此在散热方面就必需留意。

为了不让整个计算显得太复杂，鱼干我将整个电流计算给简化了，就像我们通常在G-S端并联1个10Kohm来防止电源投入瞬间造成MOSFET短路损坏。但，为什么是10K？为什么不是1K或是100K？

其实这个RG-S是有计算式可以精算出的，只是万一要更换MOSFET因为Ciss不同就得一并更换电阻那就复杂了，电流的这个公式也是相同的道理，已知驱动电流0.5A的GD已经够用，我们就不需要去选一个相对较贵的3A的GD对吧？

但是，在实际的PCB布线上还存在着预期外、但又真实存在的杂散电感与电容如下图：

诸如此类的细节将待有机会再继续深入探讨，因为有驱动上升与下降时间常数的问题，速度太慢切换损变高（QG）速度太快会有EMI的问题…

有关于动态特性咱下次再聊~

<本篇完>