浅谈功率mosfet及其应用

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1、浅谈功率MOSFET及英应用"MOSFET"是英文metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor的缩写，意即"金属氧化物半导体场效应晶体管”。小信号MOSFET主要用于模拟电路的信号放大和阻抗变换，但也可应用于开关或斩波。功率MOSFET除少数应用于音频功率放大器，工作于线性范围，人多数用作开关和駅动器，工作丁•开关状态，耐压从儿十伏到上千伏，工作电流可达几安培到儿十安培。功率MOSFET都是增强型MOSFET,它具有优良的开关特性。近年來，功率MOSFET广泛地应用于电源、

2、计算机及外设（软、换盘驱动器、打印机、扫描器等）、消费类电子产品、通信装置、汽车电子及工业控制等领域。木-文介绍英分类、工作原理、主要特点、主耍参数及特性、基木工作电路及应用电路举例。功率MOSFET的分类功率MOSFET可分成两类：P沟道及N沟道，其电路符号如图1所示。请记住：屮间箭头向里的是N沟道而箭头向外的是P沟道。它有三个极：漏极（D）o源极（S）及栅极（G）o有一些功率MOS-FET内部在漏源极Z间并接了一个二极管或肖特基二极管，这是在接电感负载时，防止反电势损坏MOSFETo如图2所示。这两类MOSFET的工

3、作原理和同，仅电源电压控制电压的极性和反。P型硅本体电阻④工作原理N沟道増强型功率MOSFETF的内部基本结构如图3所示。其中源极（S）和漏极（D）与P型衬底材料之间用扩散杂质而形成一个N区，这样各形成一个PN结。栅极（G）是做在SiO?绝缘层上，与P型硅衬底、源极及漏极都是绝缘的。当漏极及源极Z间加了一个Vds电压（而栅极及源极之间未加电压），则漏极与源极通道是山两个背靠背的PN结和P型硅本体电阻串联组成，如图4所示。由于其PN结反向电流极小，在常温25°C下，其最人值为lpA（这电流称为Idss），相当于漏极源极关断

4、。当栅极与P型硅衬底之间加Vgs电压，则可把栅极及P型硅衬底看作电容器的极板，而SiO2是绝缘介质，它们Z间形成一个电容器。当加上Vgs后在SiO?和栅极的界面上感应出正电荷，而SiO2与P型硅衬底界面上感应出负电荷，如图5所示。在P型硅衬底上感应的负电荷与P型硅衬底中的多数载流子(空穴)的极性相反，所以这称为“反型层"，这使半导体漏极源极Z间的类型曲P型转变成N型而形成允许漏极源极的N区连接而形成导电沟道。如杲这时在漏源极之间加上了Vds电压，它由漏极经N区、导电沟道及源极的N区形成通路电阻较小，可产牛较小的电流Id。

5、P型硅但是如果Vgs电压较低的话，感应出来的少量负电荷被P型衬底屮的空穴所俘获，因而形不成导电沟道，仍然没冇电流。当Vgs增加到某一临界值后，在电场的作用下产生足够的负电荷把两个分离的N区沟通，这个电压称为开启电压或称栅极阈值电压(用符号Vgse)表示)，常用Id=10

6、iA(有的用Id=250pA)时的Vgs作为VGS(Th)，如图6所示。当VGS>VGS(T11),而且V°s>VGs-VGs(「h)，lD^(VGS-VGS(Th))2正比。所以不大的Vgs就可以控制很大的Id，足以使它饱和导通。VGs>VGS(Th)

7、J§才冇电流；Vgs越大，在P型衬底感应的负电荷越多，形成的导电沟道越深，漏源Z间的电流也越大。这就是增强型N沟道MOSFET的T作原理。P沟道增强型MOSFET的工作原理与N沟道的相同，不再赘述。VGS=0,ID=0的MOSFET称为增强型。主要特点MOSFET是由电压控制型器件，输入栅极电压Vg控制着漏极电流Id，即一定条件下，漏极电流Id取决于栅极电压V"增强型功率MOSFET具冇下述主要特点：输人阻抗极高，最髙可达10】5Q；噪声低；没有少数载流子存储效应，因而作为开关时不会因存储效应而引起开关时间的延迟，开关速

8、度高；没何偏置残余电压，在作斩波器时可提高斩波电路的性能；可用作双向开关电路；在Vgs=0时，VDS=0,在导通时英导通电阻很小(目前可做到几个毫欧).损耗小，是较理想的开关；由于损耗小，可在小尺寸封装时输出较大的开关电流，而无需加散热片。主要参数及特性主要参数有极限参数及电特性。极限参数冇：最大漏源电压Vds、最大栅源电压Vgs、最大漏极电流Id，最人功耗Pd。在使用中不能超过极限值，否则会损坏器件。主要电特性有：开启电压Vgs(th);栅极电压为零时的Idss电流；在一定的Vgs条件下的导通电阻Rl)S(ON)。例如

9、，型号为Si9400DY的P沟道增强型MOSFET的极限参数：%为一20V;VGS为±20V；连续漏极电流为±2.5A；Pd为2.5W；工作结温为一55°C〜+150°C。其电特性有：Vescno最小值为一IV(ID=250piA)；Idss最大值为一2gA;在VGS=~10V时,RDs(on)=0.2Q,在VGS=