功率场效应晶体管的特点_功率场效应晶体管的参数

功率场效应晶体管的工作原理

MOSFET的类型很多，按导电沟道可分为P沟道和N沟道；根据栅极电压与导电沟道出现的关系可分为耗尽型和增强型。功率场效应晶体管一般为N沟道增强型。从结构上看，功率场效应晶体管与小功率的MOS管有比较大的差别。小功率MOS管的导电沟道平行于芯片表面，是横向导电器件。而P-MOSFET常采用垂直导电结构，称VMOSFET（Vertical MOSFET），这种结构可提高MOSFET器件的耐电压、耐电流的能力。图1给出了具有垂直导电双扩散MOS结构的VD-MOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）单元的结构图及电路符号。一个MOSFET器件实际上是由许多小单元并联组成。

如图1所示，MOSFET的三个极分别为栅极G、漏极D和源极S。当漏极接正电源，源极接负电源，栅源极间的电压为零时，P基区与N区之间的PN结反偏，漏源极之间无电流通过。如在栅源极间加一正电压UGS，则栅极上的正电压将其下面的P基区中的空穴推开，而将电子吸引到栅极下的P基区的表面，当UGS大于开启电压UT时，栅极下P基区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体，成为反型层，由反型层构成的N沟道使PN结消失，漏极和源极间开始导电。UGS数值越大，P-MOSFET导电能力越强，ID也就越大。

功率场效应晶体管的特点

（1）开关速度非常快。VMOSFET为多数载流子器件，不存在存贮效应，故开关速度快，其一般低压器件开关时间为10ns数量级，高压器件为100ns数量级，适扩合于做高频功率开关。

（2）高输入阻抗和低电平驱动。VM0S器件输入阻抗通常10（7）Ω以上，直流驱动电流为0.1μA数量级，故只要逻辑幅值超过VM0S的阈值电压（3.5～4V），则可由CM0S和LSTTL及标准TTL等器件直接驱动，驱动电路简单。

（3）安全工作区宽。VM0S器件无二次击穿，安全工作区由器件的峰值电流、击穿电压的额定值和功率容量来决定，故工作安全，可靠性高。

（4）热稳定性高。VMOS器件的最小导通电压由导通电阻决定，其低压器件的导通电阻很小，但且随着漏极-源极间电压的增大而增加，即漏极电流有负的温度系数，使管耗随温度的变化得到一定的自补偿。

（5）易于并联使用。VM0S器件可简单并联，以增加其电流容量，而双极型器件并联使用需增设均流电阻、内部网络匹配及其他额外的保护装置。

（6）跨导高度线性。VM0S器件是一种短沟道器件，当UGS上升到一定值后，跨导基本为一恒定值，这就使其作为线性器件使用时，非线性失真大为减小。

（7）管内存在漏源二极管。VM0S器件内部漏极-源极之间寄生一个反向的漏源二极管，其正向开关时间小于10ns，和快速恢复二极管类似也有一个100ns数量级的反向恢复时间。该二极管在实际电路中可起钳位和消振作用。

（8）注意防静电破坏。尽管VM0S器件有很大的输入电容，不像一般MOS器件那样对静电放电很敏感，但由于它的栅极-源极间最大额定电压约为±20V，远低于100～2500V的静电电压，因此，要注意采取防静电措施，即运输时器件应放于抗静电包装或导电的泡沫塑料中;拿取器件时要戴接地手镯，最好在防静电工作台上操作;焊接要用接地电烙铁;在栅极-源极间应接一只电阻使其保持低阻抗，必要时并联稳压值为20V的稳压二极管加以保护。

功率场效应晶体管的参数

（1） 漏源击穿电压UDS：决定了功率MOSFET的最高工作电压。

（2） 栅源击穿电压UGS ：表征功率MOSFET栅源之间能承受的最高电压。该参数很重要：因为人体常常带有高压静电，所以在接触MOS型器件，包括电力MOSFET、普通MOSFET、MOS型集成电路时，可以先用手接触一下接地的导体，将身体的静电放掉，否则容易将GS间的绝缘层击穿。另外，在用烙铁焊MOS型器件时，应将烙铁加热后，拔下电源插座，再焊器件。

（3） 漏极最大电流ID：表征功率MOSFET的电流容量。一般厂家给定的漏极直流（额定）电流ID 是外壳温度为25度时的值，所以要考虑裕量，一般为3-5倍。

（4） 开启电压UT：又称阈值电压，指功率MOSFET流过一定量的漏极电流时的最小栅源电压。

（5） 通态电阻Ron：通态电阻Ron是指在确定栅源电压UGS下，功率MOSFET处于恒流区时的直流电阻，是影响最大输出功率的重要参数。

（6） 极间电容：功率MOSFET的极间电容是影响其开关速度的主要因素。其极间电容分为两类；一类为CGS和CGD，它们由MOS结构的绝缘层形成的，其电容量的大小由栅极的几何形状和绝缘层的厚度决定；另一类是CDS，它由PN结构成，其数值大小由沟道面积和有关结的反偏程度决定。

一般生产厂家提供的是漏源短路时的输入电容Ci、共源极输出电容Cout及反馈电容Cf，它们与各极间电容关系表达式为：Ci＝CGS＋CGD Cout＝CDS＋CGD Cf＝CGD，显然，Ci﹑Cout和Cf均与漏源电容CGD有关。