MOSFET-MOSFET工作原(yuan)理特性及驱动电路工作原(yuan)理等详解-KIA MOS管
信息来(lai)源：本站 日期：2018-06-22
MOSFET的(de)原(yuan)意(yi)是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物(wu)半导体(ti)(ti)），FET（Field Effect Transistor场效(xiao)应晶体(ti)(ti)管），即以金属层（M）的(de)栅极隔(ge)着氧化层（O）利用电场的(de)效(xiao)应来控制(zhi)半导体(ti)(ti)（S）的(de)场效(xiao)应晶体(ti)(ti)管。
功(gong)率(lv)场效应(ying)晶体(ti)管也分为结型和绝缘(yuan)栅(zha)(zha)型,但通常主要指(zhi)绝缘(yuan)栅(zha)(zha)型中(zhong)的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简(jian)称(cheng)(cheng)功(gong)率(lv)MOSFET（Power MOSFET）。结型功(gong)率(lv)场效应(ying)晶体(ti)管一般(ban)称(cheng)(cheng)作(zuo)(zuo)静(jing)电(dian)(dian)感应(ying)晶体(ti)管（Static Induction Transistor——SIT）。其特点(dian)是用(yong)栅(zha)(zha)极电(dian)(dian)压(ya)来控(kong)制(zhi)漏极电(dian)(dian)流，驱动(dong)电(dian)(dian)路简(jian)单，需要的驱动(dong)功(gong)率(lv)小，开关(guan)速(su)度快，工作(zuo)(zuo)频率(lv)高，热稳(wen)定性优于(yu)GTR， 但其电(dian)(dian)流容量小，耐压(ya)低，一般(ban)只适(shi)用(yong)于(yu)功(gong)率(lv)不超过10kW的电(dian)(dian)力(li)电(dian)(dian)子装置。
在功率半导(dao)(dao)体器件(jian)中，MOSFET以(yi)高速、低开(kai)关损耗(hao)、低驱动(dong)损耗(hao)在各种功率变(bian)换(huan)，特别(bie)是高频功率变(bian)换(huan)中起(qi)着重要作用。在低压(ya)领域，MOSFET没有(you)竞 争对手，但(dan)随着MOS的(de)(de)耐压(ya)提高，导(dao)(dao)通电(dian)阻(zu)随之(zhi)以(yi)2.4-2.6次方增长，其增长速度(du)使(shi)MOSFET制造者(zhe)和(he)应(ying)用者(zhe)不得不以(yi)数十倍的(de)(de)幅度(du)降低额定(ding)电(dian)流，以(yi) 折中额定(ding)电(dian)流、导(dao)(dao)通电(dian)阻(zu)和(he)成本(ben)之(zhi)间的(de)(de)矛(mao)盾。即便如(ru)此，高压(ya)MOSFET在额定(ding)结(jie)温(wen)下的(de)(de)导(dao)(dao)通电(dian)阻(zu)产生(sheng)的(de)(de)导(dao)(dao)通压(ya)降仍居高不下，耐压(ya)500V以(yi)上(shang)的(de)(de)MOSFET 的(de)(de)额定(ding)结(jie)温(wen)、额定(ding)电(dian)流条件(jian)下的(de)(de)导(dao)(dao)通电(dian)压(ya)很高，耐压(ya)800V以(yi)上(shang)的(de)(de)导(dao)(dao)通电(dian)压(ya)高得惊人(ren)，导(dao)(dao)通损耗(hao)占MOSFET总损耗(hao)的(de)(de)2/3-4/5，使(shi)应(ying)用受到极大限制。
不同耐压的(de)(de)(de)MOSFET，其导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)中(zhong)各部分(fen)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)比例分(fen)布也不同。如耐压30V的(de)(de)(de)MOSFET，其外(wai)延(yan)层(ceng)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)仅为 总(zong)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)29%，耐压600V的(de)(de)(de)MOSFET的(de)(de)(de)外(wai)延(yan)层(ceng)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)则是总(zong)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)96.5%。由此可以(yi)推(tui)断(duan)耐压800V的(de)(de)(de)MOSFET的(de)(de)(de)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)将(jiang)几乎被(bei)外(wai) 延(yan)层(ceng)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)占(zhan)据(ju)。欲获得高阻(zu)(zu)断(duan)电(dian)(dian)压，就必须采用高电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)的(de)(de)(de)外(wai)延(yan)层(ceng)，并增厚。这(zhei)就是常(chang)规高压MOSFET结构(gou)所导(dao)致的(de)(de)(de)高导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)根本原因。
增(zeng)加(jia)管芯面积虽(sui)能降低导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻，但(dan)成本的提(ti)高所付出(chu)的代价(jia)(jia)是商业品所不允许的。引入少数载(zai)流(liu)(liu)子导(dao)(dao)电(dian)(dian)虽(sui)能降低导(dao)(dao)通压(ya)降，但(dan)付出(chu)的代价(jia)(jia)是开(kai)(kai)关(guan)速(su)(su)度的降低并出(chu)现拖尾电(dian)(dian)流(liu)(liu)，开(kai)(kai)关(guan)损耗增(zeng)加(jia)，失(shi)去了(le)MOSFET的高速(su)(su)的优点。
以(yi)(yi)上两种办法不能(neng)降低高(gao)(gao)压(ya)(ya)MOSFET的(de)(de)导(dao)通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)，所(suo)剩的(de)(de)思路就是如何将阻(zu)(zu)断高(gao)(gao)电(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)低掺杂、高(gao)(gao)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)区域和导(dao)电(dian)(dian)通(tong)(tong)道的(de)(de)高(gao)(gao)掺杂、低电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)分开解决(jue)。如除(chu) 导(dao)通(tong)(tong)时低掺杂的(de)(de)高(gao)(gao)耐压(ya)(ya)外(wai)(wai)延层(ceng)对(dui)导(dao)通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)只能(neng)起增大作用(yong)(yong)外(wai)(wai)并无(wu)其他(ta)用(yong)(yong)途。这(zhei)样，是否可以(yi)(yi)将导(dao)电(dian)(dian)通(tong)(tong)道以(yi)(yi)高(gao)(gao)掺杂较低电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)实(shi)现(xian)，而在MOSFET关(guan)断时，设法使(shi) 这(zhei)个(ge)通(tong)(tong)道以(yi)(yi)某种方式夹断，使(shi)整个(ge)器(qi)件(jian)耐压(ya)(ya)仅取决(jue)于低掺杂的(de)(de)N-外(wai)(wai)延层(ceng)。基于这(zhei)种思想(xiang)，1988年INFINEON推出内建横向电(dian)(dian)场耐压(ya)(ya)为(wei)600V的(de)(de) COOLMOS，使(shi)这(zhei)一想(xiang)法得以(yi)(yi)实(shi)现(xian)。内建横向电(dian)(dian)场的(de)(de)高(gao)(gao)压(ya)(ya)MOSFET的(de)(de)剖面结构及高(gao)(gao)阻(zu)(zu)断电(dian)(dian)压(ya)(ya)低导(dao)通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)示意图(tu)如图(tu)所(suo)示。
与常规MOSFET结构(gou)不同，内(nei)建横向(xiang)电场的MOSFET嵌入垂(chui)直(zhi)(zhi)P区(qu)将垂(chui)直(zhi)(zhi)导电区(qu)域(yu)的N区(qu)夹在(zai)中间，使MOSFET关断时，垂(chui)直(zhi)(zhi)的P与N之间建立横向(xiang)电场，并且垂(chui)直(zhi)(zhi)导电区(qu)域(yu)的N掺杂浓度(du)高于其外延区(qu)N-的掺杂浓度(du)。
当VGS＜VTH时(shi)，由于被电(dian)(dian)场反型(xing)而产生的(de)N型(xing)导(dao)电(dian)(dian)沟道不能形(xing)成(cheng)，并且D，S间加正(zheng)电(dian)(dian)压，使(shi)MOSFET内部PN结反偏形(xing)成(cheng)耗尽层，并将垂(chui)直导(dao)电(dian)(dian)的(de)N 区耗尽。这(zhei)个耗尽层具有(you)纵向高阻断(duan)电(dian)(dian)压，如图(tu)（b）所示(shi)，这(zhei)时(shi)器件(jian)的(de)耐(nai)压取(qu)决于P与N-的(de)耐(nai)压。因此N-的(de)低(di)掺杂、高电(dian)(dian)阻率是必需的(de)。
当CGS＞VTH时，被电(dian)(dian)(dian)场反型(xing)而产生的N型(xing)导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)形(xing)成。源极区的电(dian)(dian)(dian)子(zi)通(tong)过导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)进入被耗尽的垂直的N区中和正电(dian)(dian)(dian)荷，从而恢复被耗尽的N型(xing)特性，因此导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)形(xing)成。由于(yu)垂直N区具有较(jiao)低(di)的电(dian)(dian)(dian)阻(zu)率，因而导通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)较(jiao)常规MOSFET将明显降低(di)。
通(tong)过(guo)以上分(fen)(fen)析可以看到：阻(zu)断电(dian)压与导通(tong)电(dian)阻(zu)分(fen)(fen)别在不(bu)同的功能(neng)区域。将阻(zu)断电(dian)压与导通(tong)电(dian)阻(zu)功能(neng)分(fen)(fen)开，解决了(le)阻(zu)断电(dian)压与导通(tong)电(dian)阻(zu)的矛盾(dun)，同时也将阻(zu)断时的表面PN结转化为掩埋PN结，在相同的N-掺杂浓度(du)时，阻(zu)断电(dian)压还可进(jin)一步提高。
INFINEON的内建横(heng)向(xiang)电(dian)场(chang)的MOSFET，耐压600V和800V，与常(chang)规(gui)MOSFET器件(jian)相(xiang)比，相(xiang)同的管(guan)芯面积，导(dao)通电(dian)阻分(fen)别(bie)(bie)下(xia)(xia)(xia)(xia) 降(jiang)到(dao)常(chang)规(gui)MOSFET的1/5， 1/10；相(xiang)同的额定(ding)电(dian)流，导(dao)通电(dian)阻分(fen)别(bie)(bie)下(xia)(xia)(xia)(xia)降(jiang)到(dao)1/2和约1/3。在额定(ding)结温、额定(ding)电(dian)流条件(jian)下(xia)(xia)(xia)(xia)，导(dao)通电(dian)压分(fen)别(bie)(bie)从12.6V，19.1V下(xia)(xia)(xia)(xia)降(jiang)到(dao) 6.07V，7.5V；导(dao)通损(sun)耗下(xia)(xia)(xia)(xia)降(jiang)到(dao)常(chang)规(gui)MOSFET的1/2和1/3。由(you)于(yu)导(dao)通损(sun)耗的降(jiang)低，发热减少，器件(jian)相(xiang)对(dui)较凉(liang)，故(gu)称COOLMOS。
相同(tong)额定电流(liu)的COOLMOS的管(guan)芯较常规MOSFET减(jian)小(xiao)到1/3和1/4，使封(feng)装减(jian)小(xiao)两个管(guan)壳规格。
由(you)于COOLMOS管芯厚度(du)仅(jin)为常规(gui)MOSFET的(de)1/3，使(shi)TO-220封(feng)装RTHJC从(cong)常规(gui)1℃/W降到0.6℃/W；额定功率从(cong)125W上升(sheng)到208W，使(shi)管芯散热能(neng)力提高。
COOLMOS的(de)栅极电(dian)(dian)荷与开关(guan)(guan)(guan)参数均(jun)优(you)于(yu)常规(gui)MOSFET，很明显，由(you)于(yu)QG，特别是QGD的(de)减(jian)少(shao)，使(shi)COOLMOS的(de)开关(guan)(guan)(guan)时间约为常 规(gui)MOSFET的(de)1/2；开关(guan)(guan)(guan)损耗降低(di)约50%。关(guan)(guan)(guan)断时间的(de)下降也(ye)与COOLMOS内部(bu)低(di)栅极电(dian)(dian)阻(＜1Ω＝有关(guan)(guan)(guan)。
目前，新(xin)型的(de)MOSFET无一例外地具(ju)(ju)有(you)抗雪(xue)崩(beng)击穿能力。COOLMOS同样(yang)具(ju)(ju)有(you)抗雪(xue)崩(beng)能力。在相同额定电流 下，COOLMOS的(de)IAS与ID25℃相同。但由于管芯(xin)面积(ji)的(de)减小，IAS小于常规MOSFET，而具(ju)(ju)有(you)相同管芯(xin)面积(ji)时，IAS和EAS则均大(da)于常规 MOSFET。
COOLMOS的(de)(de)最大特(te)(te)点之一(yi)就是它具有短(duan)(duan)路(lu)安全工作区（SCSOA），而常(chang)规MOS不(bu)(bu)具备(bei)这个特(te)(te)性。 COOLMOS的(de)(de)SCSOA的(de)(de)获得主要是由于转移(yi)(yi)特(te)(te)性的(de)(de)变化和管(guan)(guan)芯(xin)热阻(zu)降(jiang)(jiang)低。COOLMOS的(de)(de)转移(yi)(yi)特(te)(te)性如(ru)图(tu)所(suo)示。从图(tu)可(ke)以看到(dao)，当(dang)VGS＞8V 时(shi)(shi)，COOLMOS的(de)(de)漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)流(liu)不(bu)(bu)再(zai)增加，呈恒流(liu)状态。特(te)(te)别是在(zai)结(jie)温(wen)升(sheng)高(gao)时(shi)(shi)，恒流(liu)值(zhi)下降(jiang)(jiang)，在(zai)最高(gao)结(jie)温(wen)时(shi)(shi)，约为ID25℃的(de)(de)2倍(bei)，即正常(chang)工作电(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)3-3.5 倍(bei)。在(zai)短(duan)(duan)路(lu)状态下，漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)流(liu)不(bu)(bu)会因栅极(ji)的(de)(de)15V驱动(dong)电(dian)(dian)压(ya)而上(shang)升(sheng)到(dao)不(bu)(bu)可(ke)容忍的(de)(de)十(shi)几倍(bei)的(de)(de)ID25℃，使(shi)COOLMOS在(zai)短(duan)(duan)路(lu)时(shi)(shi)所(suo)耗(hao)散的(de)(de)功率限制在(zai) 350V×2ID25℃，尽可(ke)能地减少短(duan)(duan)路(lu)时(shi)(shi)管(guan)(guan)芯(xin)发热。管(guan)(guan)芯(xin)热阻(zu)降(jiang)(jiang)低可(ke)使(shi)管(guan)(guan)芯(xin)产(chan)生的(de)(de)热量迅速地散发到(dao)管(guan)(guan)壳，抑制了管(guan)(guan)芯(xin)温(wen)度的(de)(de)上(shang)升(sheng)速度。因 此，COOLMOS可(ke)在(zai)正常(chang)栅极(ji)电(dian)(dian)压(ya)驱动(dong)，在(zai)0.6VDSS电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)下承受(shou)10ΜS短(duan)(duan)路(lu)冲击，时(shi)(shi)间间隔大于1S，1000次不(bu)(bu)损(sun)坏，使(shi)COOLMOS可(ke)像 IGBT一(yi)样(yang)，在(zai)短(duan)(duan)路(lu)时(shi)(shi)得到(dao)有效的(de)(de)保护。
继INFINEON1988年推(tui)(tui)出COOLMOS后，2000年初ST推(tui)(tui)出500V类(lei)似(si)于COOLMOS的(de)内(nei)部结(jie)构，使(shi)500V，12A的(de)MOSFET 可(ke)(ke)封(feng)装(zhuang)在TO-220管壳内(nei)，导(dao)(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)为0.35Ω，低于IRFP450的(de)0.4Ω，电流(liu)额(e)定值与IRFP450相近。IXYS也有使(shi)用(yong)COOLMOS技(ji) 术(shu)的(de)MOSFET。IR公司(si)也推(tui)(tui)出了(le)SUPPER220，SUPPER247封(feng)装(zhuang)的(de)超级MOSFET，额(e)定电流(liu)分别为35A，59A，导(dao)(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)分别为 0.082Ω，0.045Ω，150℃时导(dao)(dao)通(tong)(tong)压(ya)(ya)降(jiang)约4.7V。从综合指(zhi)标看，这些MOSFET均优于常规MOSFET，并不(bu)是因为随管芯面(mian)积增加，导(dao)(dao)通(tong)(tong)电 阻(zu)就(jiu)成比(bi)例地(di)下降(jiang)，因此，可(ke)(ke)以(yi)认为，以(yi)上的(de)MOSFET一定存在类(lei)似(si)横向电场的(de)特殊结(jie)构，可(ke)(ke)以(yi)看到，设法降(jiang)低高(gao)压(ya)(ya)MOSFET的(de)导(dao)(dao)通(tong)(tong)压(ya)(ya)降(jiang)已经成为现实，并 且(qie)必将(jiang)推(tui)(tui)动(dong)高(gao)压(ya)(ya)MOSFET的(de)应用(yong)。
600V、800V耐(nai)压(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de) COOLMOS的(de)(de)(de)高(gao)温导通(tong)压(ya)(ya)(ya)降(jiang)(jiang)(jiang)分别约6V，7.5V，关(guan)断损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)1/2，总(zong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)1/2以上，使总(zong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)为(wei)常规(gui)MOSFET的(de)(de)(de)40%-50%。常规(gui) 600V耐(nai)压(ya)(ya)(ya)MOSFET导通(tong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)占(zhan)总(zong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)约75%，对应相同总(zong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)超高(gao)速IGBT的(de)(de)(de)平衡(heng)点达(da)160KHZ，其中开关(guan)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)占(zhan)约75%。由于(yu)COOLMOS 的(de)(de)(de)总(zong)损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)降(jiang)(jiang)(jiang)到常规(gui)MOSFET的(de)(de)(de)40%-50%，对应的(de)(de)(de)IGBT损(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)(hao)平衡(heng)频率将由160KHZ降(jiang)(jiang)(jiang)到约40KHZ，增加(jia)了MOSFET在高(gao)压(ya)(ya)(ya)中的(de)(de)(de)应用。
从以上讨论可(ke)见，新(xin)型高压(ya)MOSFET使长期困扰高压(ya)MOSFET的导通压(ya)降(jiang)高的问题得到(dao)解决；可(ke)简化整(zheng)机设计(ji)，如散(san)热器件体积可(ke)减少到(dao)原40%左右；驱动电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)、缓冲(chong)电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)简化；具备抗(kang)雪崩(beng)击(ji)穿能(neng)力(li)和抗(kang)短路(lu)(lu)(lu)能(neng)力(li)；简化保护(hu)电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)并使整(zheng)机可(ke)靠性得以提高。
功率MOSFET的种(zhong)类：按导(dao)电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)可分为P沟(gou)道(dao)和N沟(gou)道(dao)。按栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)压幅值可分为；耗尽型(xing)；当栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)压为零时(shi)漏源极(ji)之(zhi)间就(jiu)存在导(dao)电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)，增强型(xing)；对于N（P）沟(gou)道(dao)器件，栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)压大于（小于）零时(shi)才存在导(dao)电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道(dao)，功率MOSFET主要(yao)是N沟(gou)道(dao)增强型(xing)。
功(gong)(gong)率MOSFET的(de)内部(bu)结构和(he)电(dian)气符号(hao)如图所示；其(qi)导通时只(zhi)有一种极性的(de)载(zai)流子（多子）参与(yu)导电(dian)，是单极型晶体管。导电(dian)机理与(yu)小功(gong)(gong)率mos管相(xiang)同，但 结构上(shang)有较大(da)(da)区别，小功(gong)(gong)率MOS管是横向导电(dian)器件，功(gong)(gong)率MOSFET大(da)(da)都采用垂直导电(dian)结构，又称(cheng)为VMOSFET（Vertical MOSFET），大(da)(da)大(da)(da)提高了MOSFET器件的(de)耐(nai)压(ya)和(he)耐(nai)电(dian)流能力。
按垂直(zhi)导(dao)电结构(gou)的差异，又分为(wei)利用(yong)V型槽实现垂直(zhi)导(dao)电的VVMOSFET和具有垂直(zhi)导(dao)电双扩散MOS结构(gou)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文(wen)主(zhu)要以VDMOS器件为(wei)例(li)进行讨论。
截止：漏(lou)源极间(jian)(jian)加正电源，栅源极间(jian)(jian)电压为零。P基区与N漂移区之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)形成的PN结(jie)J1反(fan)偏，漏(lou)源极之(zhi)(zhi)间(jian)(jian)无电流(liu)流(liu)过。
导电：在栅源极(ji)间(jian)加正电压(ya)(ya)UGS，栅极(ji)是绝(jue)缘的(de)，所以不会有栅极(ji)电流流过。但(dan)栅极(ji)的(de)正电压(ya)(ya)会将其下面(mian)P区(qu)中的(de)空穴(xue)推(tui)开，而将P区(qu)中的(de)少子—电子吸引到(dao)栅极(ji)下面(mian)的(de)P区(qu)表(biao)面(mian)
当UGS大于UT（开启(qi)电压(ya)或阈(yu)值电压(ya)）时(shi)，栅极下P区表面的电子浓度(du)将超过空穴浓度(du)，使(shi)P型(xing)半导体反(fan)型(xing)成N型(xing)而(er)成为(wei)反(fan)型(xing)层，该反(fan)型(xing)层形(xing)成N沟道而(er)使(shi)PN结J1消失，漏极和源极导电。
漏极(ji)电流ID和栅(zha)源间电压UGS的关系(xi)称为MOSFET的转移(yi)特性(xing)，ID较大时，ID与UGS的关系(xi)近似线性(xing)，曲线的斜率(lv)定义为跨(kua)导Gfs
MOSFET的(de)漏(lou)极(ji)伏安特性（输出特性）：截止(zhi)(zhi)区(qu)（对(dui)应(ying)于GTR的(de)截止(zhi)(zhi)区(qu)）；饱和区(qu)（对(dui)应(ying)于GTR的(de)放大区(qu)）；非(fei)饱和区(qu)（对(dui)应(ying)于GTR的(de)饱和区(qu)）。电力(li) MOSFET工作在(zai)开关(guan)状态，即在(zai)截止(zhi)(zhi)区(qu)和非(fei)饱和区(qu)之(zhi)间(jian)来回转换。电力(li)MOSFET漏(lou)源极(ji)之(zhi)间(jian)有寄生(sheng)二极(ji)管，漏(lou)源极(ji)间(jian)加反向电压时器件导(dao)通。电力(li) MOSFET的(de)通态电阻具有正温度系数，对(dui)器件并联时的(de)均流有利。
开(kai)通(tong)过程；开(kai)通(tong)延迟(chi)时间td(on) —up前沿(yan)时刻到(dao)uGS=UT并(bing)开(kai)始出现iD的(de)时刻间的(de)时间段；
上升时(shi)间tr— uGS从uT上升到MOSFET进入非(fei)饱和区的(de)(de)栅(zha)压UGSP的(de)(de)时(shi)间段；
iD稳(wen)态值(zhi)由漏极电源电压UE和(he)漏极负(fu)载电阻决定。UGSP的大小和(he)iD的稳(wen)态值(zhi)有关，UGS达到(dao)UGSP后(hou)，在up作用下继(ji)续升高直至达到(dao)稳(wen)态，但iD已不变。
开(kai)通时间(jian)ton—开(kai)通延迟时间(jian)与上升时间(jian)之(zhi)和。
关断延迟时(shi)间td(off) —up下(xia)(xia)降到(dao)零起，Cin通过Rs和RG放电，uGS按指数曲(qu)线下(xia)(xia)降到(dao)UGSP时(shi)，iD开始减小为(wei)零的时(shi)间段。
下(xia)降(jiang)时间tf— uGS从UGSP继(ji)续下(xia)降(jiang)起，iD减小(xiao)，到uGS
关(guan)断时(shi)间(jian)toff—关(guan)断延迟时(shi)间(jian)和下降时(shi)间(jian)之和。
MOSFET的(de)开(kai)关(guan)(guan)(guan)速度(du)和Cin充放电(dian)(dian)有很大关(guan)(guan)(guan)系，使用者(zhe)无法降(jiang)低(di)Cin， 但可降(jiang)低(di)驱动电(dian)(dian)路内(nei)阻Rs减小时(shi)间常数，加(jia)快开(kai)关(guan)(guan)(guan)速度(du)，MOSFET只(zhi)靠多子(zi)导(dao)电(dian)(dian)，不存在少子(zi)储存效(xiao)应，因而关(guan)(guan)(guan)断过程非常迅速，开(kai)关(guan)(guan)(guan)时(shi)间在10— 100ns之间，工作频(pin)率可达100kHz以上(shang)，是主要电(dian)(dian)力电(dian)(dian)子(zi)器件中*的(de)。
场控器件静态(tai)时几乎(hu)不(bu)需输入(ru)电流。但在开关过程中需对(dui)输入(ru)电容(rong)充放电，仍需一定的(de)驱动(dong)功率。开关频率越高，所(suo)需要的(de)驱动(dong)功率越大(da)。
在器(qi)件(jian)应用时除了要(yao)考虑器(qi)件(jian)的(de)(de)电压、电流、频率外，还必须掌握在应用中(zhong)如何(he)保护器(qi)件(jian)，不(bu)使器(qi)件(jian)在瞬态变化中(zhong)受损(sun)害。当然(ran)晶(jing)闸管是(shi)两(liang)个(ge)双极型(xing)晶(jing)体(ti)管的(de)(de)组 合，又加上(shang)因大面积带(dai)来的(de)(de)大电容，所以(yi)其dv/dt能(neng)力(li)是(shi)较为脆(cui)弱的(de)(de)。对di/dt来说(shuo)，它还存在一(yi)个(ge)导通区的(de)(de)扩(kuo)展问题，所以(yi)也(ye)带(dai)来相当严格(ge)的(de)(de)限制。
功率(lv)MOSFET的(de)(de)情况有很大的(de)(de)不同。它(ta)的(de)(de)dv/dt及(ji)di/dt的(de)(de)能力常以每纳秒（而不是每微秒）的(de)(de)能力来(lai)估量。但尽管如此(ci)，它(ta)也存(cun)在动(dong)态性能的(de)(de)限制。这些我们可以从功率(lv)MOSFET的(de)(de)基本结构来(lai)予以理解。
功率MOSFET的结(jie)构和其(qi)相应的等效电(dian)路(lu)。除了器件(jian)的几(ji)乎每(mei)一(yi)(yi)部(bu)分存(cun)在电(dian)容以外，还(hai)必须(xu)考虑(lv)MOSFET还(hai)并联着一(yi)(yi)个(ge)(ge)二极管(guan)。同时(shi)从某个(ge)(ge)角(jiao)度 看、它还(hai)存(cun)在一(yi)(yi)个(ge)(ge)寄生(sheng)晶(jing)体(ti)管(guan)。（就像(xiang)IGBT也寄生(sheng)着一(yi)(yi)个(ge)(ge)晶(jing)闸管(guan)一(yi)(yi)样）。这(zhei)几(ji)个(ge)(ge)方(fang)面，是(shi)研究(jiu)MOSFET动态特性很重要的因素。
功(gong)率(lv)MOSFET是电(dian)压型驱动(dong)器(qi)件(jian)，没有少数载流子(zi)的存(cun)贮效应(ying)，输入(ru)阻(zu)抗高，因而开关(guan)速度可(ke)以(yi)很高，驱动(dong)功(gong)率(lv)小(xiao)，电(dian)路(lu)简(jian)单。但功(gong)率(lv)MOSFET的极间电(dian)容较大，输入(ru)电(dian)容CISS、输出(chu)电(dian)容COSS和反馈(kui)电(dian)容CRSS与(yu)极间电(dian)容的关(guan)系可(ke)表(biao)述为(wei)：
功率MOSFET的(de)(de)(de)栅极输入端相(xiang)当于(yu)一(yi)个容(rong)性网络，它的(de)(de)(de)工(gong)作速度与驱(qu)动源内阻抗有关。由于(yu) CISS的(de)(de)(de)存在，静态(tai)时(shi)栅极驱(qu)动电(dian)流几乎为(wei)零，但在开(kai)(kai)通(tong)和(he)关断动态(tai)过程中，仍需要(yao)一(yi)定的(de)(de)(de)驱(qu)动电(dian)流。假定开(kai)(kai)关管饱和(he)导通(tong)需要(yao)的(de)(de)(de)栅极电(dian)压值为(wei)VGS，开(kai)(kai)关管的(de)(de)(de) 开(kai)(kai)通(tong)时(shi)间(jian)(jian)TON包括开(kai)(kai)通(tong)延迟时(shi)间(jian)(jian)TD和(he)上升时(shi)间(jian)(jian)TR两部分(fen)。
开(kai)关(guan)管关(guan)断过程中(zhong)，CISS通过ROFF放电(dian)，COSS由(you)RL充电(dian)，COSS较(jiao)大，VDS（T）上升(sheng)较(jiao)慢(man)，随着VDS(T)上升(sheng)较(jiao)慢(man)，随着VDS（T）的升(sheng)高COSS迅速减(jian)小至(zhi)接(jie)近于零时，VDS（T）再(zai)迅速上升(sheng)。
根据以(yi)上对功(gong)率(lv)(lv)(lv)MOSFET特性的(de)分(fen)析，其(qi)驱动(dong)通(tong)常要求：触(chu)发脉(mai)冲要具有(you)足够(gou)快(kuai)的(de)上升和下降速度(du)；②开(kai)通(tong)时(shi)以(yi)低电(dian)(dian)阻力(li)栅极电(dian)(dian)容充(chong)电(dian)(dian)，关(guan)断时(shi)为(wei)栅极提(ti)供低 电(dian)(dian)阻放(fang)电(dian)(dian)回(hui)路(lu)，以(yi)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)(lv)(lv)MOSFET的(de)开(kai)关(guan)速度(du)；③为(wei)了使功(gong)率(lv)(lv)(lv)MOSFET可(ke)靠触(chu)发导(dao)通(tong)，触(chu)发脉(mai)冲电(dian)(dian)压应(ying)高(gao)于(yu)管子的(de)开(kai)启电(dian)(dian)压，为(wei)了防止误导(dao)通(tong)，在其(qi)截止 时(shi)应(ying)提(ti)供负的(de)栅源电(dian)(dian)压；④功(gong)率(lv)(lv)(lv)开(kai)关(guan)管开(kai)关(guan)时(shi)所需驱动(dong)电(dian)(dian)流(liu)为(wei)栅极电(dian)(dian)容的(de)充(chong)放(fang)电(dian)(dian)电(dian)(dian)流(liu)，功(gong)率(lv)(lv)(lv)管极间电(dian)(dian)容越大，所需电(dian)(dian)流(liu)越大，即带负载能(neng)力(li)越大。
图（a）为常用(yong)(yong)的小功(gong)(gong)率(lv)驱动电路(lu)(lu)(lu)，简(jian)单可(ke)靠成本(ben)低。适用(yong)(yong)于不要求(qiu)隔离的小功(gong)(gong)率(lv)开(kai)关设(she)备。图（b）所示(shi)驱动电路(lu)(lu)(lu)开(kai)关 速度很快，驱动能力强，为防止两个(ge)MOSFET管直通，通常串接一个(ge)0.5～1Ω小电阻用(yong)(yong)于限(xian)流，该电路(lu)(lu)(lu)适用(yong)(yong)于不要求(qiu)隔离的中功(gong)(gong)率(lv)开(kai)关设(she)备。这(zhei)两种电路(lu)(lu)(lu)特 点是结构简(jian)单。
功(gong)率(lv)MOSFET属于电(dian)(dian)压型控(kong)制器件，只(zhi)要栅(zha)极和源(yuan)极之间施加的(de)电(dian)(dian)压超过其阀值电(dian)(dian)压就会导通。由(you)于MOSFET存在结电(dian)(dian)容(rong)，关(guan)断时其漏源(yuan)两端电(dian)(dian)压的(de)突然 上(shang)升将会通过结电(dian)(dian)容(rong)在栅(zha)源(yuan)两端产(chan)生干扰(rao)(rao)电(dian)(dian)压。常(chang)用(yong)的(de)互补驱动(dong)(dong)电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)关(guan)断回路(lu)(lu)(lu)阻(zu)抗小，关(guan)断速度较(jiao)(jiao)快，但它(ta)不能提供负压，故抗干扰(rao)(rao)性较(jiao)(jiao)差。为了提高电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)抗干 扰(rao)(rao)性，可在此种驱动(dong)(dong)电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)基础上(shang)增加一(yi)级有(you)V1、V2、R组成(cheng)的(de)电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，产(chan)生一(yi)个负压，电(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)原理图如图所(suo)示(shi)。
当V1导(dao)(dao)通(tong)(tong)时(shi)，V2关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)，两(liang)个MOSFET中的(de)(de)上管(guan)(guan)的(de)(de)栅、源(yuan)(yuan)极放(fang)电，下管(guan)(guan)的(de)(de)栅、源(yuan)(yuan)极充(chong)电，即上管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)，下管(guan)(guan)导(dao)(dao)通(tong)(tong)，则被驱动(dong)的(de)(de)功率管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)；反(fan)之V1关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan) 时(shi)，V2导(dao)(dao)通(tong)(tong)，上管(guan)(guan)导(dao)(dao)通(tong)(tong)，下管(guan)(guan)关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)，使驱动(dong)的(de)(de)管(guan)(guan)子导(dao)(dao)通(tong)(tong)。因为上下两(liang)个管(guan)(guan)子的(de)(de)栅、源(yuan)(yuan)极通(tong)(tong)过不同(tong)的(de)(de)回路(lu)充(chong)放(fang)电，包含有V2的(de)(de)回路(lu)，由于(yu)(yu)V2会不断(duan)(duan)(duan)退出饱和直至 关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)，所以对(dui)于(yu)(yu)S1而(er)言导(dao)(dao)通(tong)(tong)比关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)要慢，对(dui)于(yu)(yu)S2而(er)言导(dao)(dao)通(tong)(tong)比关(guan)(guan)断(duan)(duan)(duan)要快(kuai)，所以两(liang)管(guan)(guan)发热(re)程度也不完全(quan)一样，S1比S2发热(re)严重。
该驱动电路(lu)的(de)缺点是(shi)需要双电源，且由于R的(de)取值不(bu)能过大，否则会(hui)使V1深度饱和(he)，影响关断速(su)度，所以(yi)R上会(hui)有(you)一定的(de)损耗。
电路原理(li)如图（a）所示，N3为(wei)去磁(ci)绕组，S2为(wei)所驱动的(de)功率(lv)管(guan)。R2为(wei)防(fang)止(zhi)功率(lv)管(guan)栅(zha)极、源极端电压(ya)振荡的(de)一个阻尼电阻。因不要求(qiu)漏感较小(xiao)，且从速度方面考(kao)虑(lv)，一般R2较小(xiao)，故在分析中忽略不计。
其等效电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)图如图（b）所(suo)示脉冲不要求的(de)(de)副边并(bing)联一电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)R1，它(ta)(ta)做为(wei)正激变(bian)换器的(de)(de)假(jia)负载，用于(yu)消(xiao)除关断期间输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)发生振荡而误导通。同时它(ta)(ta)还可 以(yi)(yi)作为(wei)功率MOSFET关断时的(de)(de)能量泄放回路(lu)。该(gai)驱动电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)导通速度(du)(du)主要与被(bei)驱动的(de)(de)S2栅极、源极等效输(shu)入电(dian)(dian)(dian)(dian)容的(de)(de)大小(xiao)(xiao)、S1的(de)(de)驱动信号的(de)(de)速度(du)(du)以(yi)(yi)及S1所(suo)能 提供的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流大小(xiao)(xiao)有关。由仿真及分析可知，占空比D越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)、R1越(yue)(yue)大、L越(yue)(yue)大，磁化电(dian)(dian)(dian)(dian)流越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)，U1值越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)，关断速度(du)(du)越(yue)(yue)慢。该(gai)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)具有以(yi)(yi)下优点：
①电路结(jie)构(gou)简单可靠(kao)，实(shi)现了隔离驱动(dong)。
②只需(xu)单电源即可提供导通时(shi)的正、关断时(shi)负(fu)压(ya)。
③占空比固定时，通过合理的(de)参数设(she)计，此驱动电路也具(ju)有(you)较快的(de)开关速度。
该电路存在的(de)缺点：一是由于(yu)隔(ge)离(li)变压器副(fu)边需要噎嗝假负载防振荡，故电路损耗较(jiao)大(da)；二是当(dang)占空比变化时关断(duan)(duan)速度变化较(jiao)大(da)。脉宽较(jiao)窄时，由于(yu)是储存的(de)能量减少导(dao)致(zhi)MOSFET栅极的(de)关断(duan)(duan)速度变慢。
如图所示，V1、V2为互补工(gong)作，电容C起隔(ge)离(li)直流的作用，T1为高频、高磁(ci)率的磁(ci)环或磁(ci)罐。
导通(tong)时(shi)隔离变(bian)(bian)压器上的(de)电(dian)(dian)压为（1-D）Ui、关断时(shi)为D Ui，若主功率管S可靠(kao)导通(tong)电(dian)(dian)压为12V，而(er)隔离变(bian)(bian)压器原副边匝比(bi)N1/N2为12/[（1-D）Ui]。为保证(zheng)导通(tong)期(qi)间GS电(dian)(dian)压稳定C值(zhi)可稍(shao)取大些。该电(dian)(dian)路具(ju)有以下优点：
①电(dian)路结构简单可靠，具有电(dian)气隔离(li)作用(yong)。当(dang)脉宽变化(hua)时，驱动的关断能力不会(hui)随着变化(hua)。
②该电(dian)路(lu)只(zhi)需一个电(dian)源，即(ji)为单电(dian)源工(gong)作。隔(ge)直电(dian)容C的作用可以在关断所驱动的管子(zi)时提(ti)供(gong)一个负(fu)压，从而加速(su)了(le)功(gong)率管的关断，且有(you)较高的抗干扰能力。
但该(gai)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路存在(zai)的(de)一个较大(da)缺点是输出电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)幅值会随着占空比的(de)变化而变化。当D较小(xiao)(xiao)时(shi)，负(fu)(fu)向电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)小(xiao)(xiao)，该(gai)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)抗(kang)干扰性变差，且正向电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)较高，应(ying)(ying)该(gai)注意使(shi)其(qi) 幅值不超过(guo)MOSFET栅极的(de)允许(xu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。当D大(da)于(yu)0.5时(shi)驱动电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)正向电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)小(xiao)(xiao)于(yu)其(qi)负(fu)(fu)向电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，此时(shi)应(ying)(ying)该(gai)注意使(shi)其(qi)负(fu)(fu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)值不超过(guo)MOAFET栅极允许(xu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。所 以该(gai)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路比较适用(yong)于(yu)占空比固定(ding)或(huo)占空比变化范围不大(da)以及占空比小(xiao)(xiao)于(yu)0.5的(de)场合。
深圳利盈(ying)娱乐半导体(简称：KIA半导体)产品广泛应(ying)用于(yu)：
一、各类电源（UPS、开关、通迅、变频、手机(ji)充电器(qi)）
二、各类消费类电子产品（空调、冰箱、洗衣机、电磁炉、音响、DVD、数码产品、玩具）
三、各类照明(ming)电器(qi)（节能灯、电子(zi)镇(zhen)流器(qi)、太阳(yang)灯具(ju)）
四、各类摩托车、汽车电子、各类工(gong)业仪表测试仪器(qi)等。
五、各类电(dian)子通讯(xun)和IT类产(chan)品(pin)（行动电(dian)话，智能(neng)电(dian)话、LNB、卫星导航装置、无线通讯(xun)设(she)备,PC）
联系方式：邹先(xian)生(sheng)
联(lian)系电话：0755-83888366-8022
手机：18123972950
QQ：2880195519
联系(xi)地址：深圳(zhen)市福田区车公庙天(tian)安(an)数(shu)码城(cheng)天(tian)吉大(da)厦CD座5C1
请搜微信公众号(hao):“KIA半(ban)导体”或扫一扫下图“关(guan)注(zhu)”官方(fang)微信公众号(hao)
请“关注”官方微信公众号:提供 MOS管 技(ji)术(shu)帮助
