電力場效應管的靜態(tài)特性和主要參數(shù)

電力場效應管（Power Field-Effect Transistor，簡稱Power FET），特別是其中的絕緣柵型場效應管（MOSFET），在電力電子領域具有重要地位。它們的靜態(tài)特性和主要參數(shù)對于理解和設計電力電子系統(tǒng)至關重要。以下是對電力場效應管（特別是MOSFET）的靜態(tài)特性和主要參數(shù)的詳細闡述。

一、靜態(tài)特性

1. 轉移特性

電力場效應管的轉移特性描述了柵源間電壓（UGS）與漏極電流（ID）之間的關系。這是MOSFET最基本的特性之一，也是其作為壓控器件的核心所在。在UGS較小時，ID幾乎為零，MOSFET處于截止狀態(tài)。隨著UGS的增加，當UGS達到或超過開啟電壓（UT，也稱閥值電壓）時，ID開始顯著增加，MOSFET進入導通狀態(tài)。在ID較大時，ID與UGS的關系近似線性，這一段的斜率定義為跨導（Gfs或gm），它表示了柵源電壓對漏極電流的控制能力，是衡量MOSFET放大能力的重要參數(shù)。

2. 輸出特性

輸出特性描述了漏源電壓（UDS）與漏極電流（ID）之間的關系，在不同的柵源電壓下測量得到。根據(jù)漏極電流隨漏源電壓變化的特性，可以將輸出特性曲線分為三個區(qū)域：截止區(qū)、飽和區(qū)和非飽和區(qū)。

• 截止區(qū) ：當UGS小于UT時，無論UDS如何變化，ID都幾乎為零，MOSFET處于截止狀態(tài)。
• 飽和區(qū) ：在UGS大于UT且UDS較小的情況下，ID隨UDS的增加而緩慢增加，但增加的速度逐漸減小，最終趨于飽和。在這個區(qū)域，MOSFET可以作為電流源使用。
• 非飽和區(qū) ：當UDS增加到一定程度后，ID隨UDS的增加而線性增加，MOSFET工作在非飽和區(qū)。這個區(qū)域是MOSFET作為開關元件時的主要工作區(qū)域。

二、主要參數(shù)

1. 開啟電壓（UT）

開啟電壓是增強型絕緣柵型場效應管在漏源電壓UDS為一定值時，能使其漏、源極開始導通的最小柵源電壓UGS。它是MOSFET的一個重要參數(shù)，決定了器件的開啟條件。UT的大小與MOSFET的制造工藝和結構有關。

2. 跨導（Gfs或gm）

跨導是表征MOSFET柵極控制能力的重要參數(shù)，它定義為漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。跨導越大，表示柵源電壓對漏極電流的控制能力越強，MOSFET的放大能力也越強。

3. 漏極電壓（UDS）

漏極電壓是MOSFET漏極與源極之間的電壓。在電力電子應用中，UDS需要小于MOSFET的漏源擊穿電壓（BUDS），以保證器件不會因過壓而損壞。同時，UDS也是MOSFET工作電壓的額定值之一。

4. 漏極電流（ID）

漏極電流是MOSFET在導通狀態(tài)下從漏極流向源極的電流。在電力電子應用中，需要控制ID的大小以滿足電路的需求。同時，ID也是MOSFET工作電流的額定參數(shù)之一，實際工作中的電流不應超過其最大值（IDSM）。

5. 漏源擊穿電壓（BUDS）

漏源擊穿電壓是MOSFET在正常工作條件下所能承受的最大漏源電壓。當UDS超過BUDS時，MOSFET可能會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，導致器件損壞。因此，在設計和使用MOSFET時，必須保證其工作電壓小于BUDS。

6. 柵源擊穿電壓（BUGS）

柵源擊穿電壓是MOSFET柵極與源極之間能承受的最大工作電壓。雖然BUGS在電力電子應用中不如BUDS重要，但在某些特殊應用場合（如高壓驅(qū)動電路）中仍需考慮其影響。

7. 最大耗散功率（PDSM）

最大耗散功率是MOSFET性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。它反映了MOSFET在長時間工作下的熱穩(wěn)定性。在使用時，MOSFET的實際功耗應小于PDSM并留有一定余量，以保證器件的長期可靠性。

8. 夾斷電壓（UP）

夾斷電壓也稱截止柵壓（UGS(OFF)），是在耗盡型結型場效應管或耗盡型絕緣柵型場效應管源極接地的情況下，能使其漏源輸出電流減小到零時所需的柵源電壓UGS。雖然這一參數(shù)在電力MOSFET中不常見，但在耗盡型MOSFET中仍然是一個重要的參數(shù)。

9. 其他參數(shù)

除了上述主要參數(shù)外，電力場效應管還有一些其他重要的參數(shù)，如漏源動態(tài)電阻（RDS）、低頻跨導（gm）、直流輸入電阻（RGS）、極間電容等。這些參數(shù)在特定應用場合下可能對MOSFET的性能產(chǎn)生影響。

三、總結

電力場效應管（特別是MOSFET）的靜態(tài)特性和主要參數(shù)對于理解和設計電力電子系統(tǒng)至關重要。通過合理選擇和使用具有適當參數(shù)的MOSFET，可以優(yōu)化電路的性能和可靠性。在實際應用中，需要根據(jù)具體的應用場景和需求來選擇合適的MOSFET型號和參數(shù)。同時，還需要注意MOSFET的保護和散熱問題，以確保其長期穩(wěn)定運行。