基礎(chǔ)知識(shí)：功率MOSFET輸出電容為何會(huì)隨著外加電壓增加而降低？

功率MOSFET的輸出電容是非常重要的一個(gè)參數(shù)，讀過功率MOSFET數(shù)據(jù)表的工程師應(yīng)該注意到：輸出電容Coss會(huì)隨著外加電壓VDS的變化而變化，表現(xiàn)出非線性的特性，那么為什么會(huì)有這樣的特性？

眾所周知，當(dāng)電容二端的電壓增加時(shí)，就會(huì)形成對(duì)電容的充電電流，電容二個(gè)電極上的電荷量也會(huì)增加，因此，電容二端電壓的變化是通過二個(gè)電極上的電荷的變化來實(shí)現(xiàn)。電容值的大小，和電容二個(gè)電極的面積A成正比，和二個(gè)電極的距離d成反比，和介質(zhì)介電常數(shù)e成正比：

功率MOSFET的輸出電容Coss實(shí)際上是漏極D和源極S的PN結(jié)的電容，漏極D和源極S加上電壓VDS，PN結(jié)的耗盡層加寬，耗盡層、也就是空間電荷區(qū)內(nèi)部的電荷數(shù)量增加，形成對(duì)PN結(jié)的充電電流，因此，這個(gè)特性表現(xiàn)出電容的特性，耗盡層在P區(qū)、N區(qū)內(nèi)部的邊界，就相當(dāng)于電容的二個(gè)電極。

圖1：功率MOSFET結(jié)構(gòu)

圖2：功率MOSFET內(nèi)部PN結(jié)耗盡層

功率MOSFET外加電壓VDS，輸出電容Coss的電荷數(shù)量的改變，是通過耗盡層厚度的改變來實(shí)現(xiàn)。外加電壓VDS增加，耗盡層厚度也相應(yīng)的增加。在一定的外加偏置電壓下，如果偏置電壓發(fā)生非常小的變化，耗盡層厚度基本可以認(rèn)為保持不變，耗盡層電荷的變化量與電壓的變化量成正比，那么，在此外加偏置電壓下，輸出電容Coss為：

外加電壓VDS比較小時(shí)，耗盡層的厚度也比較小，P區(qū)、N區(qū)初始的摻雜濃度相對(duì)比較高，自由導(dǎo)電的電子和空穴濃度比較高，因此，即使外加電壓VDS發(fā)生很小的變化dV，空間電荷區(qū)也會(huì)產(chǎn)生非常大的電荷變化dQ，由公式2可以得到，偏置電壓VDS比較小時(shí)，輸出電容Coss電容值非常大。

圖3：不同VDS電壓的PN結(jié)耗盡層

外加電壓VDS增加到一定值，耗盡層厚度也增加到一定值，P區(qū)、N區(qū)的自由導(dǎo)電的電子和空穴濃度被大量消耗，濃度非常低，相對(duì)于低偏置電壓VDS，為了得到同樣的空間電荷區(qū)電荷變化值dQ，就需要更大的外加電壓VDS的變化值dV1。由公式2可以得到，同樣的dQ，dV1>dV，因此，當(dāng)偏置電壓VDS大時(shí)，Coss電容值就會(huì)變小。

同時(shí)，偏置電壓VDS大時(shí)，耗盡層的厚度增大，相當(dāng)于Coss電容的二個(gè)電極的距離增加，因此，會(huì)導(dǎo)致Coss電容值進(jìn)一步的降低。

圖4：AOT10N60的電容特性

綜上所述：功率MOSFET的輸出電容Coss會(huì)隨著外加電壓VDS的增加而降低，從而表現(xiàn)出非線性的特性；同樣，Crss電容具有相同的特性。