翻开功率MOSFET或IGBT的数据手册(Datasheet),在动态参数栏里,你总能看到一个符号:gfs 或 gm(Forward Transconductance,正向跨导)。相比于电压和电流,很多工程师对这个参数关注较少。但在高频开关应用和线性放大电路中,跨导其实是一个决定性能上限的核心指标。
什么是跨导(gm)?
跨导的定义是:输出电流的变化量与输入电压变化量的比值。
公式表达为:$g_m = \Delta I_d / \Delta V_{gs}$
通俗地说,它代表了栅极电压(Vgs)对漏极电流(Id)的控制能力。
- gm 越大: 只要栅极电压稍微变动一点点,漏极电流就会发生巨大的变化。说明器件的“增益”高,反应灵敏。
- gm 越小: 需要很大的栅极电压变化才能推动电流变化,器件反应迟钝。
跨导对电路性能的影响
1. 开关速度
在开关电源中,我们希望MOSFET开得越快越好。跨导越大,在米勒平台(Miller Plateau)期间,同样的栅极驱动电流能更快地拉升漏极电流,从而缩短开通时间,降低开关损耗。
2. 驱动要求
高跨导器件虽然灵敏,但也更容易发生振荡。如果驱动电阻(Rg)选得太小,高跨导会导致di/dt过大,引发严重的EMI问题或电压尖峰。因此,高gm器件往往需要更精细的驱动电路设计。
如何测试跨导?
测试通常在恒流区(饱和区)进行。
- 设置条件: 固定 $V_{ds}$ 电压(通常为10V或15V),使其工作在放大区。
- 扫描测量: 在特定的电流点(如额定电流的一半)附近,微小改变 $V_{gs}$,测量对应的 $I_d$ 变化。
- 计算: 根据差分公式计算出该工作点的 $g_m$ 值。
总结
跨导gm是连接“弱电控制”与“强电输出”的桥梁。对于追求高功率密度和高频化的现代电源设计,选用高跨导器件是趋势,但也对工程师的驱动调优能力提出了更高挑战。
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