器件静态导通电阻很低,仍可能产生可观开关损耗;栅极和输出端需要搬运电荷,先前的阻断应力还可能改变随后导通。因而需要三类互补实验:电容随偏置、开关轨迹上的栅极电荷,以及规定应力历史后的导通电阻。
1. 电容是局部导数
对非线性电荷关系 \(q(v)\),
\[C_{diff}(v)=\frac{dq}{dv},\qquad i=C_{diff}(v)\frac{dv}{dt}. \tag{1}\]小交流信号测的是某个直流偏置附近的增量值;激励过大会跨越变化中的电容。MOSFET 常用等效关系为
\[C_{iss}=C_{gs}+C_{gd},\quad C_{oss}=C_{ds}+C_{gd},\quad C_{rss}=C_{gd}. \tag{2}\]测量必须注明端子连接、直流偏置、频率、交流幅值、温度和串/并联等效方式,并在夹具参考面做开短路补偿。
2. 电荷与能量不是同一个积分
\[Q_{oss}(V)=\int_0^VC_{oss}(v)dv, \qquad E_{oss}(V)=\int_0^VvC_{oss}(v)dv. \tag{3}\]只有电容不随电压变化时,才可用同一个 C 同时写成 \(Q=CV\)、\(E=CV^2/2\)。端点等效值
\[C_Q=Q_{oss}/V,qquad C_E=2E_{oss}/V^2 \tag{4}\]分别适用于换相电荷与能量计算。电路可能回收部分储能,DPT 能量也可能已包含它,不能机械重复加算。
3. 沿真实轨迹测栅极电荷
\[Q_g(t)=\int_{t_0}^ti_g(\tau)d\tau. \tag{5}\]在规定漏极电压和负载电流下同时测栅极电流、电压,先扣除偏置,再把 \(v_{GS}\) 对累计电荷作图。米勒平台宽度是电荷,不是时间;若平台电流近似恒定,
\[t_{Miller}\approx\frac{Q_{gd}}{I_{g,plateau}}. \tag{6}\]4. 动态导通电阻必须带时间坐标
\[R_{on,dyn}(t_d)=\frac{v_{DS,on}(t_d)}{i_D(t_d)},qquad k_{dyn}=\frac{R_{on,dyn}}{R_{on,ref}}. \tag{7}\]参考值要匹配电流、栅压和结温,并记录预处理。测量通道必须在高阻断电压后迅速恢复到毫伏分辨率;钳位电路的偏置、恢复时间和负载本身就是实验的一部分。先用已知小信号验证钳位恢复,再施加规定关断应力并在指定延时采样;等待太久会把快速恢复掩盖掉。
5. 可复现比较
电容要扫偏置、频率和温度;栅极电荷要扫漏压、电流和端点;动态电阻要扫应力电压/持续时间、读出延时和温度。保留原始波形、恢复间隔与校准。GaN 没有硅 MOSFET 那样的少子体二极管恢复,但仍有输出电荷、反向导通损耗和动态电阻问题;三者是不同机理。