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功率MOSFET的种类

高工
2014-06-12 10:36:06    评分

功率MOSFET的种类

按导电沟道可分为P沟道和N沟道
耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道
增强型——对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)
零时才存在导电沟道
功率MOSFET主要是N沟道增强型

MOSFET 的结构图及电路符号
(a) N沟道增强型结构图 (b) N沟道增强型符号 (c) P沟道增强型符号
N沟道增强型P-MOSFET的基本工作特性
截止:漏源极间加正电压偏置,栅源极间电压为零
(UDS>0,UGS=0)
导电:在栅源极间加正电压UGS
当UGS>UT(开启电压或阈值电压,典型值2~4V)时,漏
极和源极导电
2. P-MOSFET的静态工作特性
1)输出特性
P-MOSFET的静态工作特性如图所示,漏极伏安特性又称输出特性,可以分为三个区:可变电阻区Ⅰ,饱和区Ⅱ,击穿区Ⅲ。
电力电子电路中P-MOSFET工作在开关状态。
P-MOSFET漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通。
P-MOSFET的通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。

P-MOSFET静态工作特性
(a)漏极伏安特性 (b)转移特性
2)转移特性
漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性
ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导Gfs
图中所示的UGS(th)为开启电压,只有 时才会出现导电沟道,产生漏极电流iD。
3、P-MOSFET的动态工作特性
1)输入等效电容模型
P-MOSFET是多数载流子器件,不存在少数载流子特有的存储效应,因此开关时间很短,影响开关速度的主要是器件极间电容。输入电容:

(a) 测试电路 (b) 开关过程波形

(1)开通过程
开通延迟时间td(on) —— Up前沿时刻到UGS=UGS(th)并开始出现iD
的时刻间的时间段
上升时间tr—— UGS从UGS(th)上升到MOSFET进入非饱和区的栅
压UGSP的时间段
iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻RL决定
UGSP的大小和iD的稳态值有关
UGS达到UGSP后,在Up作用下继续升高直至达到稳态,但iD
已不变
开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和
(2)关断过程
关断延迟时间td(off)
Up下降到零起,Cin通过Rs和RG放电,UGS按指数曲线下降到
UGSP、iD开始减小时的时间段
下降时间tf
UGS从UGSP继续下降起,iD减小,到UGSUGS(th)时沟道消失,
iD下降到零为止的时间段
关断时间toff
关断延迟时间和下降时间之和
(3)MOSFET的开关速度
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系:
使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs (即增大驱动功
率)减小时间常数,加快开关速度。场控器件,静态时几乎不
需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的
驱动功率(保证快速开关)。开关频率越高,所需要的驱动功率
越大。
MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非
常迅速。
开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电
力电子器件中最高的。
4. P-MOSFET的主要参数
除跨导gm、开启电压UGS(th)、td(on)、tr、td(off)和tf之外,还有:
(1)漏源击穿电压U(BR)DSS:规定了MOS管的电压定额
(2)漏极连续直流电流ID和可重复漏极电流幅值IDM:
漏极连续直流电流ID是指在最大导通压降UDS(on)和占空比
为100%(即直流)时,产生的功率损耗使MOS管节点温
度上升到最大值150℃(外壳温度为100℃)时的漏极电流。
可重复漏极电流幅值IDM是脉冲运行状态下MOS管漏极最
大允许峰值电流。
(3)栅源电压UGS:栅源之间的绝缘层很薄,UGS>20V 将
导致绝缘层击穿
(4)极间电容 :
P-MOSFET的三个极之间分别存在极间电容CGS、CGD和CDS,一般厂家提供的是漏源极短路时的输入电容Ciss、共源极输出电容Coss和反向转移电容Crss,它们之间的关系是:
Ciss= CGS+ CGD
Crss= CGD
Coss= CDS+ CGD
输入电容可近似用Ciss代替,但这些电容都是非线性的。

5.P-MOSFET的安全工作区
P-MOSFET是多数载流子工作的器件,元件的通态电阻具有
正的温度系数,即温度升高通态电阻增大,使漏极电流能随
温度升高而下降,因而不存在电流集中和二次击穿的限制,
有较宽的安全工作区。其安全工作区由最大漏极电流限制线、
最大功耗限制线、最大漏源电压限制线、开通电阻限制线决
定。
GTR和GTO的特点——双极型,电流驱动,有电导调制效应,通流能力很强,开关速度较低,所需驱动功率大,驱动电路复杂
MOSFET的优点——单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小而且驱动电路简单
两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件




关键词: MOSFET    

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