同普通三极管相比,MOSFET堪称晶体管之王,在模拟电路和数字电路中均有广泛用途。为了发挥MOSFET性能优势,用户除了详细阅读产品规格书外,有必要先了解MOSFET的寄生电容,开关性能,VGS(th)(界限値),ID-VGS特性及其各自的温度特性。
MOSFET的寄生电容和温度特性
在构造上,功率MOSFET都存在寄生电容。MOSFET的G(栅极)端子和其他的电极间由氧化层绝缘,在DS(漏极、源极)间形成PN接合,成为内置二极管构造。其中,Cgs、Cgd的容量根据氧化膜的静电容量决定,Cds根据内置二极管的接合容量决定。
MOSFET的寄生电容模型
一般而言,寄生电容与漏极、源极间电压VDS存在一定关系,VDS增加,则寄生容量值减小。在厂家发布的MOSFET规格书上,一般都提供Ciss/Coss/Crss三类容量特性:
Ciss表示输入容量,即Cgs+Cgd
Coss表示输出容量,即Cds+Cgd
Crss表示反馈容量,即Cgd
寄生电容大小与VDS的关系
测量数据表明,虽然寄生电容的大小与VDS密切相关,但是与温度的变化几乎没有任何影响,对温度不敏感。
MOSFET的开关特性
当栅极电压ON/OFF之后,MOSFET才能ON/OFF,这个延迟时间为开关时间。一般而言,规格书上记载td(on)/tr/td(off)/tf,这些数值是典型值,具体描述为:
td(on):开启延迟时间(VGS 10%→VDS 90%)
tr:上升时间(VDS 90%→VDS 10%)
td(off):关闭延迟时间(VGS 90%→VDS 10%)
tf:下降时间(VDS 10%→VDS 90%)
ton:开启时间(td(on) + tr)
toff:关闭时间(td(off) + tf)
测量数据表明,温度变化对MOSFET的开关时间没有影响。温度上升时,OSFET的开关时间略微增加,当温度上升到100°C时开关时间仅仅增加10%,几乎没有温度依存性。
MOSFET的寄生电容与温度的关系
MOSFET的VGS(th)(界限値)
按照定义,为VGS(th)(界限值)是MOSFET开启时,GS(栅极、源极)间需要的电压。这表示,当输入界限值以上的电压时,MOSFET为开启状态。为了通过绝大部分电流,需要比较大的栅极电压。
那么,MOSFET在开启状态时能通过多少电流?针对每个元件,在规格书的电气特性栏里分别有记载。例如,当输入VDS=10V时,使1mA电流通过ID所需的栅极界限值电压ID(th)为1.0-2.5V。
MOSFET的ID-VGS特性,以及界限值温度特性
ID-VGS特性和界限值都会随温度变化而变化。使用时请输入使其充分开启的栅极电压。其中,界限值随温度升高而下降,通过观察界限值电压变化,能够计算元件的通道温度。
需要注意的是,对于一定的VGS电压,漏极电流ID会随温度的上升而增加,但是达到10A以后,ID将与温度无关。新人小芯认为,当漏极电流达到一定限度后,MOSFET已经成为一个发热体,基体发热已经成为温升的主要来源,而外部环境温度的影响科技忽略。
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