电力MOSFET的基本特性

电力MOSFET的基本特性

电力MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种重要的电力电子器件，广泛应用于各种电子设备中。本文将详细介绍电力MOSFET的基本特性，包括静态特性、输出特性和动态特性，并解释其主要参数。

静态特性

电力MOSFET的静态特性主要体现在转移特性上，即漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系。这种关系反映了输入电压和输出电流的关系。

1. 当ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率被定义为MOSFET的跨导Gfs。
2. 作为电压控制型器件，MOSFET具有极高的输入阻抗，输入电流非常小。

电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性

输出特性

电力MOSFET的输出特性是其漏极伏安特性，可以分为三个区域：

1. 截止区：对应于GTR的截止区
2. 饱和区：对应于GTR的放大区
3. 非饱和区：对应于GTR的饱和区

在饱和区，漏源电压增加时漏极电流不再增加；在非饱和区，漏源电压增加时漏极电流相应增加。电力MOSFET通常工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。

此外，由于其本身结构，漏极和源极之间形成了一个与MOSFET反向并联的寄生二极管。通态电阻具有正温度系数，这有利于器件并联时的均流。

电力MOSFET的转移特性和输出特性 b) 输出特性

动态特性

电力MOSFET的动态特性主要体现在其开关过程中：

1. 开通过程

• 开通延迟时间td(on)
• 电流上升时间tr
• 电压下降时间tfv
• 开通时间ton = td(on) + tr + tfv

2. 关断过程

• 关断延迟时间td(off)
• 电压上升时间trv
• 电流下降时间tfi
• 关断时间toff = td(off) + trv + tfi

MOSFET的开关速度与其输入电容的充放电有很大关系。可以通过降低栅极驱动电路的内阻Rs，减小栅极回路的充放电时间常数，从而加快开关速度。

电力MOSFET的开关过程 a)测试电路 b) 开关过程波形

由于不存在少子储存效应，MOSFET的关断过程非常迅速。其开关时间在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。然而，在开关过程中需要对输入电容充放电，因此仍需要一定的驱动功率，且开关频率越高，所需的驱动功率越大。

主要参数

电力MOSFET的主要参数包括：

1. 跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数
2. 漏极电压UDS：标称电力MOSFET电压定额的参数
3. 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM：标称电力MOSFET电流定额的参数
4. 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
5. 极间电容：CGS、CGD和CDS
6. 漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区