小功率場效應管結構與分類、特性等解析-小功率場效應管參數選型-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-12-17
小功率MOS場效應晶體管，即MOSFET，其原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體），FET（Field Effect Transistor場效應晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控制半導體（S）的場效應晶體管。
（一）小功率場效應管的分類
小功率M場效應管也分為結型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡稱功率MOSFET（Power MOSFET）。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（Static Induction Transistor——SIT）。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關速度快，工作頻率高，熱穩定性優于GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
（二）小功率場效應結構
功率MOSFET的內部結構和電氣符號如圖1所示；其導通時只有一種極性的載流子（多子）參與導電，是單極型晶體管。導電機理與小功率場效應管管相同，但結構上有較大區別，小功率MOS管是橫向導電器件，功率場效應管大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。功率MOSFET為多元集成結構，如國際整流器公司（International Rectifier）的HEXFET采用了六邊形單元；西門子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形單元。
靜態特性
其轉移特性和輸出特性如圖2所示。
漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性，ID較大時，ID與UGS的關系近似線性，曲線的斜率定義為跨導Gfs
MOSFET的漏極伏安特性（輸出特性）：截止區（對應于GTR的截止區）；飽和區（對應于GTR的放大區）；非飽和區（對應于GTR的飽和區）。電力MOSFET工作在開關狀態，即在截止區和非飽和區之間來回轉換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。電力MOSFET的通態電阻具有正溫度系數，對器件并聯時的均流有利。
動態特性
其測試電路和開關過程波形如圖3所示。
開通過程；開通延遲時間td(on) —up前沿時刻到uGS=UT并開始出現iD的時刻間的時間段；
上升時間tr— uGS從uT上升到MOSFET進入非飽和區的柵壓UGSP的時間段；
iD穩態值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩態值有關，UGS達到UGSP后，在up作用下繼續升高直至達到穩態，但iD已不變。
開通時間ton—開通延遲時間與上升時間之和。
關斷延遲時間td(off) —up下降到零起，Cin通過Rs和RG放電，uGS按指數曲線下降到UGSP時，iD開始減小為零的時間段。
下降時間tf— uGS從UGSP繼續下降起，iD減小，到uGS，關斷時間toff—關斷延遲時間和下降時間之和。
開關速度
MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系，使用者無法降低Cin，但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數，加快開關速度，MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而關斷過程非常迅速，開關時間在10—100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。
場控器件靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。
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