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變頻電源的功率器件之MOSFET特性
靜態(tài)特性。MOSFET的轉移特性和輸出特性如圖1-2所示。
漏極電流Id和柵源間電壓Ucs的關系稱為MOSFET的轉移特性，Id較大時，Id與 Ucs的關系近似線性，曲線的斜率定義為跨導Gf8。MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性)分為如下幾個區(qū)域:截止區(qū)(對應GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對應于GTR的放大區(qū)):非飽和區(qū)(對于GTR的飽和區(qū))。功率MOSFET工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。功率MOSFET滑源極之間有寄生二極管，源極間加反向電壓時器件導通。功率MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數，對器件并聯(lián)時的均流有利。
動態(tài)特性。MOSFET其測試電路和開關過程波形如圖1-3所示。MOSFET開通過程的技術參數有:
開通延遲時間Td(on)--Up,前沿時刻到Ugs=Ut，并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段。
上升時間：Tr--Ugs從Ut上升到MOSFET進人非飽和區(qū)的柵壓Ugsp的時間段。
iD穩(wěn)態(tài)值--出漏極電源電壓Ue和漏極負載電阻決定。Ugps的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關。
Ugs達到 Ugsp后，在Up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài)，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(xù)下降起，iD減小，到 Ugs<Ut, 時溝道消失，iD下降到零為止的時間段。
關斷時間Toff--關斷延遲時間和下降時間之和。
MOSFET的開關速度。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(tài)時幾乎不需輸人電流。但在開關過程中需對輸人電容充放電，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。
動態(tài)性能的改進
在器件應用時除了要考慮器件的電壓、電流、頻率外，還必須掌握在應用中如何保護器件不使器件在瞬態(tài)變化中受損害。當然晶閘管是兩個雙極型晶體管的組合，又加上因大面積帶來的大電容，所以其承受 du/d 能力是較脆弱的。對 di/dr來說，它還存在一個導通區(qū)的擴展問題,所以也帶來相當嚴格的限制。
功率 MOSFET的情況有很大的不同。它的du/dt及di/dt的能力常以每納秒(而不是每微秒)的能力來估量。但盡管如此，它也存在動態(tài)性能的限制。這些可以從功率MOSFET的基本結構來子以理解。
圖1-4是功率MOSFET的等效電路，在應用中除了要考慮功率MOSFET每一部分都存在電容以外，還必須考慮MOSFET還并聯(lián)著一個二極管。同時從某個角度看，它還存在一個寄生品體管(就像IGBT也寄生著一個品閘管一樣)。這幾個方面，是研究MOSFET動態(tài)特性很重要的因素。
首先MOSFET結構中所附帶的本征二極管具有一定的雪崩能力。通常用單次雪崩能力和重復雪崩能力來表達。當反向di/dt很大時，二極管會承受一個速度非?？斓拿}沖尖刺，它有可能進人雪崩區(qū)，一旦超越其雪崩能力就有可能將器件損壞。作為任一種PN結二極管來說，仔細研究其動態(tài)特性是相當復雜的。它們和我們一般理解PN結正向時導通反向時阻斷的簡單概念很不相同。當電流迅速下降時，二極管有一階段失去反向阻斷能力，即所謂反向恢復時間。PN結要求迅速導通時，也會有一段時間并不顯示很低的電阻。在功率 MOSFET中一旦二極管有正向注入，所注人的少數載流子也會增加作為多子器件的MOSFET的復雜性。
功率MOSFET的設計過程中采取措施使其中的寄生品體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同，但總的原則是使漏極下的橫向電阻Rb盡量小。因為只有在漏極N區(qū)下的橫向電阻流過足夠電流為這個N區(qū)建立正偏的條件時，寄生的雙極性晶閘管才開始發(fā)難。然而在嚴峻的動態(tài)條件下，因du/dt通過相應電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時這個寄生的雙極性晶體管就會起動，有可能給MOSFFT帶來損壞。所以考慮瞬態(tài)性能時對功率MOSFET器件內部的各個電容(它是du/dt的通道)都必須予以注意。瞬態(tài)情況是和線路情況密切相關的，這方面在應用中應給予足夠重視。只有對器件有深入了解，才能有利于理解和分析相應的問題。
