功率場(chǎng)效應(yīng)管的基本特性，如何提高功率MOSFET的動(dòng)態(tài)性能

功率場(chǎng)效應(yīng)管的基本特性

靜態(tài)特性

靜態(tài)特性的傳遞特性和輸出特性如圖所示。（a） 是傳輸特性 （b） 是輸出特性

功率場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)特性

漏電流ID與柵極電壓UGS之間的關(guān)系稱(chēng)為MOSFET的傳輸特性。當(dāng)ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線(xiàn)性，曲線(xiàn)的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。

MOSFET的漏伏安特性（輸出特性）：截止區(qū)（對(duì)應(yīng)GTR的截止區(qū)）;飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）;非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）。功率MOSFET在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，即截止區(qū)域和不飽和區(qū)之間的轉(zhuǎn)換。功率MOSFET的漏極之間有一個(gè)寄生二極管，當(dāng)漏極與反向電壓連接時(shí)，器件連接。功率MOSFET的導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù)，有利于并聯(lián)器件時(shí)的均流。

3動(dòng)態(tài)特性

功率MOSFET動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試電路和開(kāi)關(guān)處理波形如圖所示。（a）是測(cè)試電路，而（b）是開(kāi)關(guān)處理波形。

功率特性的動(dòng)態(tài)特性

開(kāi)啟過(guò)程為：開(kāi)啟延遲時(shí)間TD（開(kāi)啟）-向上轉(zhuǎn)發(fā)至uGS=UT的時(shí)間和iD之間的開(kāi)始時(shí)間間隔。

上升時(shí)間tr - uGS從uT上升到MOSFET，進(jìn)入非飽和區(qū)域的柵極壓力UGSP時(shí)間。

iD的穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小與iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)。當(dāng)UGS達(dá)到UGSP時(shí)，它會(huì)繼續(xù)上升，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但iD沒(méi)有改變。

打開(kāi)時(shí)間是 ton -- 打開(kāi)延遲時(shí)間和上升時(shí)間的總和。

關(guān)閉延遲時(shí)間TD（關(guān)閉） - 向上下降到零，Cin通過(guò)Rs和RG放電，uGS呈指數(shù)下降到UGSP，iD開(kāi)始減少到零。

降序時(shí)間TF - uGS從UGSP減少，iD減少到uGS。

關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉 - 關(guān)閉延遲時(shí)間和下降時(shí)間。

場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)速度

MOSFET的開(kāi)關(guān)速度與Cin的充放電有很大關(guān)系。用戶(hù)不能降低“Cin”，但可以降低驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻Rs，降低時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度。MOSFET只依靠多聲子導(dǎo)通，沒(méi)有小兒子存儲(chǔ)效應(yīng)，所以關(guān)斷過(guò)程非?？?，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10到100ns之間，可以達(dá)到工作頻率。100kHz以上是主要電力電子器件中最高的。

現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備是靜態(tài)的，幾乎沒(méi)有輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，需要對(duì)輸入電容進(jìn)行充放電，仍然需要一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，所需的驅(qū)動(dòng)功率越大。

如何提高功率MOSFET的動(dòng)態(tài)性能

除了器件的電壓、電流和頻率外，器件在應(yīng)用中必須用于保護(hù)器件，并且器件在瞬態(tài)變化中不會(huì)損壞。當(dāng)然，晶閘管是兩個(gè)雙極晶體管的組合，加上大面積帶來(lái)的大電容，所以它的dv/dt能力比較脆弱。對(duì)于di/dt，還存在導(dǎo)通面積擴(kuò)大的問(wèn)題，所以也帶來(lái)了相當(dāng)嚴(yán)格的限制。

功率MOSFET的情況則大不相同。它的dv/dt和di/dt的能力通常是通過(guò)每納秒的能力來(lái)估計(jì)的，而不是每微秒。然而，它在動(dòng)態(tài)性能方面也有局限性。這些可以從功率MOSFET的基本結(jié)構(gòu)來(lái)理解。

下圖是功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和等效電路。除了器件幾乎每個(gè)部分的電容外，我們還必須考慮MOSFET與二極管并聯(lián)連接。同時(shí)，從某種角度來(lái)看，它仍然具有寄生晶體管。（像IGBT也是寄生晶閘管）。這些方面是研究MOSFET動(dòng)態(tài)特性非常重要的因素。