2.5.2 电力场效应晶体管的特性与主要参数

加油站 1——静态输出特性

在不同的 U _GS 下，漏极电流I _D 与漏极电压 U _DS 间的关系曲线族称为VDMOS的输出特性曲线，如图 2－35所示。它可以分为 4个区域。

（1）截止区：当 U _GS ＜ U _T （ U _T 的典型值为 2～ 4V）时， I _D ≈0，VDMOS截止。

（2）线性（导通）区，即非饱和区：当 U _GS ＞ U _T 且 U _DS 很小时， I _D 和 U _DS 几乎呈线性关系。线性区又称欧姆工作区。

（3）饱和区（又称有源区）：在 U _GS ＞ U _T 且U _DS 较大时，随着 U _DS 的增大， I _D 几乎不变。

（4）雪崩区：当 U _GS ＞ U _T 且 U _DS 增大到一定值时，漏极PN结反偏电压过高，发生雪崩击穿， I _D 突然增加，造成器件损坏。

加油站 2——主要参数

1）通态电阻R _on

在确定的栅压 U _GS 下，VDMOS由可调电阻区进入饱和区时，漏极至源极间的直流电阻称为通态电阻 R _on 。 R _on 是影响最大输出功率的重要参数。

在相同条件下，耐压等级越高的器件其 R _on 值越大。另外， R _on 随 I _D 的增加而增加，随 U _GS 的升高而减小。

2）阈值电压 U _T

沟道体区表面发生强反型所需的最低栅极电压称为VDMOS管的阈值电压。一般情况，将漏极短接条件下， I _D ＝1mA时的栅极电压定义为 U _T 。实际应用时， U _GS ＝（1.5～ 2.5） U _T ，以利于获得较小的沟道压降。

U _T 还与结温 T _j 有关， T _j 升高， U _T 将下降。大约 T _j 每增加 45℃， U _T 下降 10％，其温度系数为－6.7mV／℃。

3）跨导g _m

跨导反映 U _GS 对 I _D 控制能力的大小。在实际应用中，高跨导的管子具有更好的频率响应。

4）漏源击穿电压BU _DS

BU _DS 决定了VDMOS的最高工作电压，它是为了避免器件进入雪崩区而设立的极限参数。

5）栅源击穿电压BU _GS

BU _GS 是为了防止绝缘栅层因栅极—源极间电压过高发生介电击穿而设立的参数。一般BU _GS ＝±20V。

6）最大漏极电流I _DM

I _DM 表征器件的电流容量。当 U _GS ＝10V， U _DS 为某一数值时，漏极—源极间允许通过的最大电流称为最大漏极电流。

7）最高工作频率f _m

式中， C _IN 为器件的输入电容。

8）开关时间 t _on 与 t _off

（1）开通时间： t _on ＝ t _d ＋ _t r

延迟时间 t _d ：输入电压信号上升沿幅度为 10％ U _im 到输出电压信号下降沿幅度为 10％ U _om 的时间间隔。

上升时间 t _r ：输出电压幅度由 10％ U _o 变化到 90％ U _om 的时间，这段时间对应于U _i 向器件输入电容充电的过程。

（2）关断时间： t _off ＝ t _s ＋ t _f

存储时间 t _s ：栅极电容存储电荷的消失过程。

下降时间 t _f ：在VDMOS管中， t _on 和 t _off 都可以控制得比较小，因此器件的开关速度相当高。

VDMOS的开通时间和关断时间均为数十纳秒左右。VDMOS开关过程电压波形图如图 2－36所示。

加油站 3——电力场效应管的安全工作区

VDMOS的开关频率高，常处于动态过程，它的安全工作区分为 3种情况。

1）正向偏置安全工作区（FBSOA）

如图 2－37所示，在正向偏置安全工作区有 4条边界线。其导通时间越短，最大功耗耐量越高。

（1）漏源通态电阻限制线I（由于通态电阻R _on 大，因此器件在低压段工作时要受自身功耗的限制）。

（2）最大漏极电流限制线Ⅱ。

（3）最大功耗限制线Ⅲ。

（4）最大漏源电压限制线Ⅳ。

2）开关安全工作区（SSOA）

开关安全工作区（SSOA）反映VDMOS在关断过程中的参数极限范围，它由最大峰值漏极电流 I _DM 、最小漏源击穿电压BU _DS 和最高结温 T _JM 决定。

VDMOS的SSOA曲线如图 2－38所示。曲线的应用条件是，结温 T _j ＜150℃， t _on 与 t _off 均小于 1μs。

3）换向安全工作区（CSOA）

换向安全工作区（CSOA）是器件寄生二极管或集成二极管反向恢复性能所决定的极限工作范围。如图 2－39所示，在换向速度（寄生二极管反向电流变化率）一定时，CSOA由漏极正向电压 U _DS （二极管反向电压 U _R ）和二极管的正向电流的安全运行极限值 I _FM 来决定。

想一想