功率MOSFET場效應(yīng)管的特點

功率MOS場效應(yīng)晶體管全稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PowerMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，簡稱功率MOSFET，它是一種電壓控制器件。根據(jù)載流子的性質(zhì)，MOSFET可分為N溝道和P溝道兩種類型，圖形符號如圖所示。根據(jù)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，MOSFET有垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)，而功率MOSFET幾乎都是由垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)組成的，這種晶體管稱為VMOSFET。

(a)N溝道類型：(b)P溝道類型

圖 功率MOSFET的圖形符號

VMOSFET的主要特點：

(1)開關(guān)速度非?？?。VMOSFET為多數(shù)載流子器件，不存在存貯效應(yīng)，故開關(guān)速度快，其一般低壓器件開關(guān)時間為10ns數(shù)量級，高壓器件為100ns數(shù)量級，適擴合于做高頻功率開關(guān)。

(2)高輸入阻抗和低電平驅(qū)動。VM0S器件輸入阻抗通常10(7)Ω以上，直流驅(qū)動電流為0.1μA數(shù)量級，故只要邏輯幅值超過VM0S的閾值電壓(3.5～4V)，則可由CM0S和LSTTL及標(biāo)準(zhǔn)TTL等器件直接驅(qū)動，驅(qū)動電路簡單。

(3)安全工作區(qū)寬。VM0S器件無二次擊穿，安全工作區(qū)由器件的峰值電流、擊穿電壓的額定值和功率容量來決定，故工作安全，可靠性高。

(4)熱穩(wěn)定性高。VMOS器件的最小導(dǎo)通電壓由導(dǎo)通電阻決定，其低壓器件的導(dǎo)通電阻很小，但且隨著漏極-源極間電壓的增大而增加，即漏極電流有負(fù)的溫度系數(shù)，使管耗隨溫度的變化得到一定的自補償。

(5)易于并聯(lián)使用。VM0S器件可簡單并聯(lián)，以增加其電流容量，而雙極型器件并聯(lián)使用需增設(shè)均流電阻、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)匹配及其他額外的保護(hù)裝置。

(6)跨導(dǎo)高度線性。VM0S器件是一種短溝道器件，當(dāng)UGS上升到一定值后，跨導(dǎo)基本為一恒定值，這就使其作為線性器件使用時，非線性失真大為減小。

(7)管內(nèi)存在漏源二極管。VM0S器件內(nèi)部漏極-源極之間寄生一個反向的漏源二極管，其正向開關(guān)時間小于10ns，和快速恢復(fù)二極管類似也有一個100ns數(shù)量級的反向恢復(fù)時間。該二極管在實際電路中可起鉗位和消振作用。

(8)注意防靜電破壞。盡管VM0S器件有很大的輸入電容，不像一般MOS器件那樣對靜電放電很敏感，但由于它的柵極-源極間最大額定電壓約為±20V，遠(yuǎn)低于100～2500V的靜電電壓，因此，要注意采取防靜電措施，即運輸時器件應(yīng)放于抗靜電包裝或?qū)щ姷呐菽芰现?拿取器件時要戴接地手鐲，最好在防靜電工作臺上操作;焊接要用接地電烙鐵;在柵極-源極間應(yīng)接一只電阻使其保持低阻抗，必要時并聯(lián)穩(wěn)壓值為20V的穩(wěn)壓二極管加以保護(hù)。功率MOSFET與功率晶體管不同之處如下表所示。

高頻工作的MOSFET已成為開關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，目前MOSFET正以20%的年增長率高速增長。現(xiàn)在，市場上銷售的開關(guān)電源產(chǎn)品里，采用雙極型晶體管的開關(guān)電源的開關(guān)頻率僅為30～3000kHz，采用功率MOSFET的開關(guān)頻率可達(dá)到500kHz左右。