半导体功率器件MOSFET动态参数的分析与测试.pdf

半导体功率器件MOSFET/IGBT 动态参数的分析及测试 梁闻 电话 邮箱: lwenbh@126.com 国内研究现状 目前国内很多半导体功率器件的生产厂家或检测中心以及器件的使用单 位很少测动态参数，一来是国内缺少此类测试设备，二来是测试规范也 不完整。 动态参数的优良决定着器件的开关性能。影响开关性能的参数有很多 ，但最重要的是由于栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容的存在。这 些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都要对它们充电。 IGBT的开关速度因此被降低，器件效率也下降。为计算开关过程中器件 的总损耗，设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损 耗(Eoff)。最后进行实测验证。MOSFET开关的总功率可用如下方程表达 ：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。而栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最 大。 国内的一些研究机构也引进了若干进口设备，进行测试，如：中国运 载火箭研究院检测中心当年就是忽略了某个动态参数的测试，使得整机 的性能下降。所以该中心目前对器件的动态参数进行全面的测试。 本讲座就是针对存在的问题进行讨论。 所以本论文研究与测试的内容就是以下各动态参数 1. td(on)：导通延迟时间( Turn on delay time)， 2. tr：电流上升时间(Current Rise Time ) 3. tdoff：截止延迟时间( Turn-off delay time tdoff) 4. Tf ：下降时间(Fall Time tf) 5. Qg：栅极总电荷, 6. Qgs:栅源充电电量, 7. Qgd:栅漏充电电量 8. Vgp，又称平台电压 9.输入电容Ciss、输出电容Coss、反向转移电容Crss 。 10. Rg：栅极串联等效电阻, 11. Trr: 二极管反向恢复时间, 12. Qrr: 二极管反向恢复充电电量, 13.di/dt：二极管反向恢复时电流变化率， 14.dv/dt：二极管反向恢复时电压变化率. 15.EAS/EAR :单脉冲/重复脉冲雪崩耐量测试. 16.Eon/Eoff：是指当IGBT导通时或关断时的能量损耗 17.Isc:集电极短路电流 18. RθJC ：结到管壳的热阻， 19.RθJA ：结到空气的热阻 20.SOA:安全工作区 21.power cycle：功率循环及老化试验 静态特性 漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性 IAR：雪崩电流。对于某些器件，雪崩击穿过程中芯片 上电流集边的倾向要求对雪崩电流IAR进行限制。这样， 雪崩电流变成雪崩击穿能量规格的“精细阐述”；其 揭示了器件真正的能力。 ̊ DF:线性衰减因子（W/ ̊C) EAR：重复雪崩能量 dV/dt: 二极管恢复速度，正向到反向的电压恢复速度 TJ:最大工作结温。器件设计的工作条件下须确应避免 超过这个温度,并留有一定裕量. TSTG ：存储温度范围 动态参数 Max Unit Parameter Min. Typ. Conditions . s ID = 16A VDS = 80V Qg Total Gate Charge