電力MOSFET知識的詳細分析

電力MOSFET知識解析

電力MOSFET又名電力場效應晶體管分為結型和絕緣柵型，是利用電場效應來控制半導體中電流的一種半導體器件，故因此而得名。場效應管是一種電壓控制器件，只依靠一種載流子參與導電，故又稱為單極型晶體管。

通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide ?Semiconductor FET），簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）

結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（Static Induction Transistor——SIT）。

N溝道和P溝道結型場效應管的工作原理完全相同，只是偏置電壓的極性和載流子的類型不同而已。由于柵源間加反向電壓，所以兩側PN結均處于反向偏置，柵源電流幾乎為零。漏源之間加正向電壓使N型半導體中的多數載流子-電子由源極出發，經過溝道到達漏極形成漏極電流ID。

特點——用柵極電壓來控制漏極電流

驅動電路簡單，需要的驅動功率小。

開關速度快，工作頻率高。

熱穩定性優于GTR。

電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。

電力MOSFET的開關速度

MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系。

可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數，加快開關速度。

不存在少子儲存效應，關斷過程非常迅速。

開關時間在10~100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。

場控器件，靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。

開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。

電力MOSFET的主要參數

除跨導Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有：

(1)漏極電壓UDS——電力MOSFET電壓定額

(2)漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——電力MOSFET電流定額

(3)柵源電壓UGS—— UGS?>20V將導致絕緣層擊穿 。

(4)極間電容——極間電容CGS、CGD和CDS

特性曲線

1．輸出特性曲線

輸出特性曲線是柵源電壓UGS取不同定值時，漏極電流ID 隨漏源電壓UDS 變化的一簇關系曲線，各條曲線有共同的變化規律。

UGS越負，曲線越向下移動）這是因為對于相同的UDS，UGS越負，耗盡層越寬，導電溝道越窄，ID越小。輸出特性可分為三個區域即可變電阻區、恒流區和擊穿區。

可變電阻區：預夾斷以前的區域。其特點是，當0＜UDS＜|VP|時，ID幾乎與UDS呈線性關系增長，UGS愈負，曲線上升斜率愈小。在此區域內，場效應管等效為一個受UGS控制的可變電阻。

恒流區：其特點是，當UDS＞|VP|時，ID幾乎不隨UDS變化，保持某一恒定值。ID的大小只受UGS的控制，兩者變量之間近乎成線性關系，所以該區域又稱線性放大區。

擊穿區：右側虛線以右之區域。此區域內UDS＞BUDS，管子被擊穿，ID隨UDS的增加而急劇增加。

2．轉移特性曲線

當UDS一定時，ID與UGS之間的關系曲線稱為轉移特性曲線。實驗表明，當UDS＞|VP|后，即恒流區內，ID受UDS影響甚小，所以轉移特性通常只畫一條。

在工程計算中，與恒流區相對應的轉移特性可以近似地用下式表示：Id=Idss(1-Ugs/Vp)(1-Ugs/Vp)

式GS0127中VP≤UGS≤0，IDSS是UGS＝0時的漏極飽和電流。

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