MOSFET的特性及参数简介

MOSFET在结构上是在单面晶片上，制作成千上万个小的晶体管以并联的方式连接起来的，具有能承受相当高的电压、较大电流，驱动功率小，以及开关速度快的性能。MOSFET的种类繁多，按导电沟道可分为P沟道和N沟道。器件有三个电极，分别为栅极G源极S和漏极D。当栅极电压为零时源极和漏极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。对于N沟道器件，栅极电压大于零时存在导电沟道，其电气图形符号如图2-25a所示；对于P沟道器件栅极电压小于零时才存在导电沟道，其电气图形符号如图2-25b所示。N沟道和P沟道器件都称为增强型MOSFET，在MOSFET的应用中主要使用N沟道增强型。

图2-25 增强型MOSFET电气符号

a）N沟道 b）P沟道

1.MOSFET的转移特性和输出特性

当G-S之间加上正向电压U_GS，且大于某个电压U_T时，管子开始导通，此电压U_T称为开启电压（或阈值电压），U_GS超过U_T越多，漏极电流I_D越大，I_D和U_GS的关系曲线称为MOSFET的转移特性，如图2-26a所示。漏极电流I_D与D-S间的电压U_DS的关系曲线称为输出特性。如图2-26b所示，输出特性分为三个工作区。Ⅰ区为非饱和区，该区ID随UDS增加而近似线性增加；Ⅱ区为饱和区当MOSFET工作在开关状态时，即U_GS＝常数（＞U_T），I_D几乎不随U_DS的增加而增加；Ⅲ区为截止区，该区U_GS≤U_T，I_D＝0。图2-26又称为静态特性。

2.开关特性

MOSFET工作在直流或低频时呈现出图2-26的静态特性，此时没有考虑栅极、漏极和源极各极间的电容，即C_GS、C_GD（又称为反向传输电容，并以C_RSS表示）和C_DS。当工作在高频开关状态时，由于极间电容所决定的器件输入电容C_iss和输出电容C_oes必须要加以考虑。这些电容之间的关系如下：

图2-26 MOSFET的转移特性和输出特性

a）转移特性 b）输出特性

C_iss＝C_GS＋C_GD （2-6）

C_oes＝C_DS＋C_GD （2-7）

高频开关状态下的工作电路如图2-27a所示，开关波形如图2-27b所示。可以看出，当输入脉冲电压u_p陡升、陡降时，由于C_iss和C_oes的充放电过程，致使u_GS、I_D、U_DS的变化存在一个上升和下降的过程。分别以开通时间t_on和关断时间t_off加以衡量，其值小表明开关速度快，反之则慢。数值范围约为数十至数百ns图中，t_d（on）称为开通延迟时间，t_r为上升时间，t_d（off）为关断延迟时间，t_f为下降时间。开通时间t_on和关断时间t_off与它们的关系如下：

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图2-27 MOSFET的开关过程

a）开关电路 b）开关波形

t_on＝t_d（on）＋t_r （2-8）

t_off＝t_d（off）＋t_f （2-9）

MOSFET是场控型器件，直流或低频工作状态时，几乎不需要输入电流；但是在高频开关工作状态时，由于要对输入电容Ciss进行充放电，故需要一定的驱动功率，开关频率越高，所需要的驱动功率越大。

3.MOSFET的主要参数

以新一代高压N沟道增强型功率MOSFET型号为APT5020BVR的特性参数为例（见表2-6），说明各参数的含义与数值。APT5020BVR内部有一个与D-S极反并联的二极管，它具有非对称的输出特性，即第Ⅲ象限有输出特性，图2-28所示为它的电气符号和输出特性。

表2-6 APT5020BVR的特性参数

有些产品的规格说明书中主要给出了额定参数值，如Fuji公司生产的25K1020给出的额定参数是30A500V300W0.18Ω，即ID＝30A，U_DSS＝500V，P_D＝300W，R_DS（on）＝0.18Ω。如需动态参数，可进一步查询相关技术资料。

图2-28 APT5020BVR的电气符号和输出特性

a）电气符号 b）输出特性