功率場效應(yīng)晶體管

功率MOS場效應(yīng)晶體管，即MOSFET，其原意是：MOS（MetalOxideSemiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體），F(xiàn)ET（FieldEffectTransistor場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（S）的場效應(yīng)晶體管。

功率場效應(yīng)晶體管的工作特性

1、靜態(tài)特性

（1）漏極伏安特性

漏極伏安特性也稱輸出特性，如圖2所示，可以分為三個區(qū)：可調(diào)電阻區(qū)Ⅰ，飽和區(qū)Ⅱ，擊穿區(qū)Ⅲ。在Ⅰ區(qū)內(nèi)，固定柵極電壓UGS，漏源電壓UDS從零上升過程中，漏極電流iD首先線性增長，接近飽和區(qū)時，iD變化減緩，而后開始進(jìn)入飽和。達(dá)到飽和區(qū)Ⅱ后，此后雖UDS增大，但iD維持恒定。從這個區(qū)域中的曲線可以看出，在同樣的漏源電壓UDS下，UGS越高，因而漏極電流iD也大。當(dāng)UDS過大時，元件會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，進(jìn)入擊穿區(qū)Ⅲ。

（2）轉(zhuǎn)移特性

漏極電流ID與柵源極電壓UGS反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系，稱為轉(zhuǎn)移特性，如圖3所示。當(dāng)ID較大時，該特性基本上為線性。曲線的斜率gｍ＝△ID/△UGS稱為跨導(dǎo)，表示P-MOSFET柵源電壓對漏極電流的控制能力，與GTR的電流增益β含義相似。圖中所示的UGS（th）為開啟電壓，只有UGS》UGS（th）-時才會出現(xiàn)導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生柵極電流ID。

2、開關(guān)特性

P-MOSFET是多數(shù)載流子器件，不存在少數(shù)載流子特有的存貯效應(yīng)，因此開關(guān)時間很短，典型值為20ns，而影響開關(guān)速度的主要是器件極間電容。圖4為元件極間電容的等效電路，從中可以求得器件輸入電容為Cin＝CGS＋CGD。正是Cin在開關(guān)過程中需要進(jìn)行充、放電，影響了開關(guān)速度。同時也可看出，靜態(tài)時雖柵極電流很小，驅(qū)動功率小，但動態(tài)時由于電容充放電電流有一定強(qiáng)度，故動態(tài)驅(qū)動仍需一定的柵極功率。開關(guān)頻率越高，柵極驅(qū)動功率也越大。

P-MOSFET的開關(guān)過程如圖5所示，其中UP為驅(qū)動電源信號，UGS為柵極電壓，iD為漏極電流。當(dāng)UP信號到來時，輸入電容Cin有一充電過程，使柵極電壓UGS只能按指數(shù)規(guī)律上升。P-MOSFET的開通時間為ton＝td（on）＋tr。當(dāng)UP信號下降為零后，柵極輸入電容Ｃin上貯存的電荷將通過信號源進(jìn)行放電，使柵極電壓UGS按指數(shù)下降，到UP結(jié)束后的td（off）時刻，iD電流才開始減小，故td（off）稱為關(guān)斷延遲時間。P-MOSFET的關(guān)斷時間應(yīng)為toff＝td（off）＋tf。

功率場效應(yīng)管與雙極型功率晶體管特性比較

1、驅(qū)動方式：場效應(yīng)管是電壓驅(qū)動，電路設(shè)計(jì)比較簡單，驅(qū)動功率??；功率晶體管是電流驅(qū)動，設(shè)計(jì)較復(fù)雜，驅(qū)動條件選擇困難，驅(qū)動條件會影響開關(guān)速度。

2、開關(guān)速度：場效應(yīng)管無少數(shù)載流子存儲效應(yīng)，溫度影響小，開關(guān)工作頻率可達(dá)150KHz以上；功率晶體管有少數(shù)載流子存儲時間限制其開關(guān)速度，工作頻率一般不超過50KHz。

3、安全工作區(qū)：功率場效應(yīng)管無二次擊穿，安全工作區(qū)寬；功率晶體管存在二次擊穿現(xiàn)象，限制了安全工作區(qū)。

4、導(dǎo)體電壓：功率場效應(yīng)管屬于高電壓型，導(dǎo)通電壓較高，有正溫度系數(shù)；功率晶體管無論耐電壓的高低，導(dǎo)體電壓均較低，具有負(fù)溫度系數(shù)。

5、峰值電流：功率場效應(yīng)管在開關(guān)電源中用做開關(guān)時，在啟動和穩(wěn)態(tài)工作時，峰值電流較低；而功率晶體管在啟動和穩(wěn)態(tài)工作時，峰值電流較高。

6、產(chǎn)品成本：功率場效應(yīng)管的成本略高；功率晶體管的成本稍低。

7、熱擊穿效應(yīng)：功率場效應(yīng)管無熱擊穿效應(yīng)；功率晶體管有熱擊穿效應(yīng)。

8、開關(guān)損耗：場效應(yīng)管的開關(guān)損耗很??；功率晶體管的開關(guān)損耗比較大。