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1.概述

MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。

2.功率MOSFET的结构和工作原理

功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型。

3.高压MOSFET原理与性能分析

在功率半导体器件中,MOSFET以高速、低开关损耗、低驱动损耗在各种功率变换,特别是高频功率变换中起着重要作用。在低压领域,MOSFET没有竞 争对手,但随着MOS的耐压提高,导通电阻随之以2.4-2.6次方增长,其增长速度使MOSFET制造者和应用者不得不以数十倍的幅度降低额定电流,以 折中额定电流、导通电阻和成本之间的矛盾。即便如此,高压MOSFET在额定结温下的导通电阻产生的导通压降仍居高不下,耐压500V以上的MOSFET 的额定结温、额定电流条件下的导通电压很高,耐压800V以上的导通电压高得惊人,导通损耗占MOSFET总损耗的2/3-4/5,使应用受到极大限制。

4.功率MOSFET驱动电路

功率MOSFET是电压型驱动器件,没有少数载流子的存贮效应,输入阻抗高,因而开关速度可以很高,驱动功率小,电路简单。但功率MOSFET的极间电容较大,输入电容CISS、输出电容COSS和反馈电容CRSS与极间电容的关系可表述为:

功率MOSFET的栅极输入端相当于一个容性网络,它的工作速度与驱动源内阻抗有关。由于 CISS的存在,静态时栅极驱动电流几乎为零,但在开通和关断动态过程中,仍需要一定的驱动电流。假定开关管饱和导通需要的栅极电压值为VGS,开关管的 开通时间TON包括开通延迟时间TD和上升时间TR两部分。

开关管关断过程中,CISS通过ROFF放电,COSS由RL充电,COSS较大,VDS(T)上升较慢,随着VDS(T)上升较慢,随着VDS(T)的升高COSS迅速减小至接近于零时,VDS(T)再迅速上升。

根据以上对功率MOSFET特性的分析,其驱动通常要求:触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度;②开通时以低电阻力栅极电容充电,关断时为栅极提供低 电阻放电回路,以提高功率MOSFET的开关速度;③为了使功率MOSFET可靠触发导通,触发脉冲电压应高于管子的开启电压,为了防止误导通,在其截止 时应提供负的栅源电压;④功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流,功率管极间电容越大,所需电流越大,即带负载能力越大。
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