电力场效应管的静态特性和主要参数

电力场效应管（Power Field-Effect Transistor，简称Power FET），特别是其中的绝缘栅型场效应管（MOSFET），在电力电子领域具有重要地位。它们的静态特性和主要参数对于理解和设计电力电子系统至关重要。以下是对电力场效应管（特别是MOSFET）的静态特性和主要参数的详细阐述。

一、静态特性

1. 转移特性

电力场效应管的转移特性描述了栅源间电压（UGS）与漏极电流（ID）之间的关系。这是MOSFET最基本的特性之一，也是其作为压控器件的核心所在。在UGS较小时，ID几乎为零，MOSFET处于截止状态。随着UGS的增加，当UGS达到或超过开启电压（UT，也称阀值电压）时，ID开始显著增加，MOSFET进入导通状态。在ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，这一段的斜率定义为跨导（Gfs或gm），它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力，是衡量MOSFET放大能力的重要参数。

2. 输出特性

输出特性描述了漏源电压（UDS）与漏极电流（ID）之间的关系，在不同的栅源电压下测量得到。根据漏极电流随漏源电压变化的特性，可以将输出特性曲线分为三个区域：截止区、饱和区和非饱和区。

• 截止区 ：当UGS小于UT时，无论UDS如何变化，ID都几乎为零，MOSFET处于截止状态。
• 饱和区 ：在UGS大于UT且UDS较小的情况下，ID随UDS的增加而缓慢增加，但增加的速度逐渐减小，最终趋于饱和。在这个区域，MOSFET可以作为电流源使用。
• 非饱和区 ：当UDS增加到一定程度后，ID随UDS的增加而线性增加，MOSFET工作在非饱和区。这个区域是MOSFET作为开关元件时的主要工作区域。

二、主要参数

1. 开启电压（UT）

开启电压是增强型绝缘栅型场效应管在漏源电压UDS为一定值时，能使其漏、源极开始导通的最小栅源电压UGS。它是MOSFET的一个重要参数，决定了器件的开启条件。UT的大小与MOSFET的制造工艺和结构有关。

2. 跨导（Gfs或gm）

跨导是表征MOSFET栅极控制能力的重要参数，它定义为漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。跨导越大，表示栅源电压对漏极电流的控制能力越强，MOSFET的放大能力也越强。

3. 漏极电压（UDS）

漏极电压是MOSFET漏极与源极之间的电压。在电力电子应用中，UDS需要小于MOSFET的漏源击穿电压（BUDS），以保证器件不会因过压而损坏。同时，UDS也是MOSFET工作电压的额定值之一。

4. 漏极电流（ID）

漏极电流是MOSFET在导通状态下从漏极流向源极的电流。在电力电子应用中，需要控制ID的大小以满足电路的需求。同时，ID也是MOSFET工作电流的额定参数之一，实际工作中的电流不应超过其最大值（IDSM）。

5. 漏源击穿电压（BUDS）

漏源击穿电压是MOSFET在正常工作条件下所能承受的最大漏源电压。当UDS超过BUDS时，MOSFET可能会发生击穿现象，导致器件损坏。因此，在设计和使用MOSFET时，必须保证其工作电压小于BUDS。

6. 栅源击穿电压（BUGS）

栅源击穿电压是MOSFET栅极与源极之间能承受的最大工作电压。虽然BUGS在电力电子应用中不如BUDS重要，但在某些特殊应用场合（如高压驱动电路）中仍需考虑其影响。

7. 最大耗散功率（PDSM）

最大耗散功率是MOSFET性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。它反映了MOSFET在长时间工作下的热稳定性。在使用时，MOSFET的实际功耗应小于PDSM并留有一定余量，以保证器件的长期可靠性。

8. 夹断电压（UP）

夹断电压也称截止栅压（UGS(OFF)），是在耗尽型结型场效应管或耗尽型绝缘栅型场效应管源极接地的情况下，能使其漏源输出电流减小到零时所需的栅源电压UGS。虽然这一参数在电力MOSFET中不常见，但在耗尽型MOSFET中仍然是一个重要的参数。

9. 其他参数

除了上述主要参数外，电力场效应管还有一些其他重要的参数，如漏源动态电阻（RDS）、低频跨导（gm）、直流输入电阻（RGS）、极间电容等。这些参数在特定应用场合下可能对MOSFET的性能产生影响。

三、总结

电力场效应管（特别是MOSFET）的静态特性和主要参数对于理解和设计电力电子系统至关重要。通过合理选择和使用具有适当参数的MOSFET，可以优化电路的性能和可靠性。在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的MOSFET型号和参数。同时，还需要注意MOSFET的保护和散热问题，以确保其长期稳定运行。