功率MOSFET的种类

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UGS       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