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小功率场效应管

小功率MOS场效应(ying)(ying)晶(jing)体(ti)(ti)(ti)管(guan)，即MOSFET，其原(yuan)意(yi)是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体(ti)(ti)(ti)），FET（Field Effect Transistor场效应(ying)(ying)晶(jing)体(ti)(ti)(ti)管(guan)），即以金属层(ceng)（M）的栅极隔着氧化层(ceng)（O）利用电场的效应(ying)(ying)来控(kong)制半导体(ti)(ti)(ti)（S）的场效应(ying)(ying)晶(jing)体(ti)(ti)(ti)管(guan)。

小功率场效应管的分类与结构

（一）小功率场效应管的分类

小(xiao)(xiao)功(gong)率M场(chang)效应(ying)管(guan)也(ye)分为结型(xing)(xing)和绝缘栅(zha)型(xing)(xing)，但通常(chang)主要(yao)指绝缘栅(zha)型(xing)(xing)中的MOS型(xing)(xing)（Metal Oxide Semiconductor FET），简称(cheng)功(gong)率MOSFET（Power MOSFET）。结型(xing)(xing)功(gong)率场(chang)效应(ying)晶体(ti)管(guan)一(yi)般称(cheng)作静电(dian)感应(ying)晶体(ti)管(guan)（Static Induction Transistor——SIT）。其(qi)特(te)点是用(yong)栅(zha)极(ji)电(dian)压来控制漏(lou)极(ji)电(dian)流，驱动(dong)电(dian)路简单，需(xu)要(yao)的驱动(dong)功(gong)率小(xiao)(xiao)，开关速度快，工作频率高，热稳(wen)定性优于GTR，但其(qi)电(dian)流容(rong)量小(xiao)(xiao)，耐压低(di)，一(yi)般只(zhi)适用(yong)于功(gong)率不超过(guo)10kW的电(dian)力电(dian)子装(zhuang)置。

（二）小功率场效应结构

功(gong)率MOSFET的(de)内(nei)部结构(gou)和电(dian)(dian)(dian)气符号(hao)如图1所示；其导通时只有一种极性的(de)载(zai)流子（多(duo)子）参与导电(dian)(dian)(dian)，是单极型晶(jing)体管(guan)。导电(dian)(dian)(dian)机理与小(xiao)功(gong)率场效应(ying)管(guan)管(guan)相同，但(dan)结构(gou)上有较(jiao)大(da)区别，小(xiao)功(gong)率MOS管(guan)是横(heng)向导电(dian)(dian)(dian)器件，功(gong)率场效应(ying)管(guan)大(da)都采用(yong)垂直(zhi)导电(dian)(dian)(dian)结构(gou)，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大(da)大(da)提高了MOSFET器件的(de)耐(nai)压和耐(nai)电(dian)(dian)(dian)流能力。功(gong)率MOSFET为多(duo)元集成结构(gou)，如国际(ji)整流器公(gong)司（International Rectifier）的(de)HEXFET采用(yong)了六边形单元；西门子公(gong)司（Siemens）的(de)SIPMOSFET采用(yong)了正方形单元。

小功率场效应基本特性

静态特性

其转移(yi)特(te)性(xing)和输(shu)出特(te)性(xing)如图2所示。

漏极电流ID和(he)栅(zha)源(yuan)间电压UGS的(de)关系称(cheng)为MOSFET的(de)转移(yi)特(te)性(xing)，ID较大时，ID与UGS的(de)关系近似(si)线性(xing)，曲线的(de)斜率定义为跨导Gfs

MOSFET的(de)(de)(de)漏(lou)极伏安特性（输出特性）：截(jie)止(zhi)区(qu)（对应(ying)于(yu)GTR的(de)(de)(de)截(jie)止(zhi)区(qu)）；饱(bao)和(he)区(qu)（对应(ying)于(yu)GTR的(de)(de)(de)放大区(qu)）；非饱(bao)和(he)区(qu)（对应(ying)于(yu)GTR的(de)(de)(de)饱(bao)和(he)区(qu)）。电(dian)力(li)MOSFET工作在(zai)开关状态(tai)，即在(zai)截(jie)止(zhi)区(qu)和(he)非饱(bao)和(he)区(qu)之间(jian)来回转换(huan)。电(dian)力(li)MOSFET漏(lou)源极之间(jian)有(you)寄生二(er)极管(guan)，漏(lou)源极间(jian)加反向电(dian)压时器件(jian)导通。电(dian)力(li)MOSFET的(de)(de)(de)通态(tai)电(dian)阻具有(you)正温度(du)系数(shu)，对器件(jian)并联(lian)时的(de)(de)(de)均流有(you)利。

动态特性

其(qi)测(ce)试电路(lu)和开关过程波(bo)形如图(tu)3所示。

开通(tong)过程(cheng)；开通(tong)延迟时(shi)间td(on) —up前沿时(shi)刻(ke)到uGS=UT并开始出(chu)现iD的时(shi)刻(ke)间的时(shi)间段；

上升(sheng)时间tr— uGS从(cong)uT上升(sheng)到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段；

iD稳态(tai)(tai)值由漏极电(dian)源电(dian)压UE和(he)漏极负载电(dian)阻(zu)决定。UGSP的大小和(he)iD的稳态(tai)(tai)值有关，UGS达到UGSP后(hou)，在up作用下(xia)继续升高(gao)直至达到稳态(tai)(tai)，但iD已不变。

开通时间(jian)ton—开通延迟时间(jian)与上升时间(jian)之和。

关断延迟时间td(off) —up下降(jiang)到(dao)零起(qi)，Cin通(tong)过Rs和RG放电，uGS按指数曲线下降(jiang)到(dao)UGSP时，iD开(kai)始减小为零的(de)时间段。

下降时间tf— uGS从UGSP继(ji)续(xu)下降起，iD减小，到uGS，关断时(shi)间(jian)toff—关断延迟时(shi)间(jian)和(he)下降时(shi)间(jian)之(zhi)和(he)。

开关速度

MOSFET的开关(guan)速(su)度和Cin充放电(dian)有(you)很大关(guan)系，使(shi)用者无法降(jiang)低(di)Cin，但可(ke)降(jiang)低(di)驱(qu)动电(dian)路内阻Rs减(jian)小时间(jian)常数(shu)，加快开关(guan)速(su)度，MOSFET只靠(kao)多子导电(dian)，不(bu)存在(zai)少子储存效应，因而关(guan)断过程非常迅速(su)，开关(guan)时间(jian)在(zai)10—100ns之间(jian)，工作频率可(ke)达100kHz以上，是主要电(dian)力电(dian)子器(qi)件中最(zui)高(gao)的。

场控器件静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对(dui)输入电容充放(fang)电，仍(reng)需一定的驱动(dong)功率。开关频率越高(gao)，所需要的驱动(dong)功率越大。

小功率场效应管参数选型表

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