MOSFET工作原理详解
MOSFET结构及其工作原理详解

MOSFET结构及其工作原理详解MOSFET(Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种具有金属-氧化物-半导体结构的场效应晶体管。
它是当今集成电路中最重要的器件之一,广泛应用于数字电路、模拟电路和电源管理等领域。
MOSFET的结构由基底区、栅极和漏源区组成。
其中基底区是一个高纯度的硅片,上面覆盖着一层极薄的氧化物(通常是二氧化硅)。
栅极则是一个通过绝缘物质电隔离的金属电极,漏源区则分别用P型和N型的材料制作。
栅极和漏源区之间通过一条被控制的通道连接。
1.静态工作原理:在静态情况下,当栅极与漏源区之间无电压时,MOSFET处于关断状态。
这是因为漏源区之间的田径型结构形成了一个PN 结,使得电流无法从漏源区流过。
此时,基底区中的悬浮载流子数量较少。
2.接近开通工作原理:当在栅极上施加正向电压时,栅极电场会穿透氧化物并影响到基底区。
如果电压足够高,栅极电场将吸引基底区中的自由电子,从而形成了一个电子通道。
这使得电流可以从漏源区流经该通道。
此时,MOSFET被激活,处于导通状态。
3.饱和工作原理:当在栅极上施加较高的电压时,栅源电场将吸引漏源区的电子,从而增加通道中的电流。
当通道已经完全饱和时,进一步增加栅极电压将不会对电流产生更大的影响。
4.阈值电压:在MOSFET导通之前,必须施加足够的电压使得栅极电场能够穿透氧化物并影响到基底区。
这个电压被称为阈值电压。
栅极电压低于阈值电压时,MOSFET处于关断状态。
MOSFET通过调控栅极电压来控制漏源区之间的电流流动。
当栅极电压高时,通道电阻变小,电流流动更容易;当栅极电压低时,通道电阻增大,电流流动受阻。
这使得MOSFET可以用来实现数字信号的放大、开关和逻辑门等功能。
总的来说,MOSFET是一种基于栅极电压调控的场效应晶体管,利用栅极电场来控制通道中的载流子,从而实现对电流流动的控制。
它具有体积小、功耗低、开关速度快等优点,是现代电子器件中不可或缺的一部分。
mosfet场效应管工作原理

mosfet场效应管工作原理今天咱们来聊聊那个神奇的 MOSFET 场效应管。
这 MOSFET 场效应管就像是电路世界里的一个小精灵,虽然个头不大,但本事可不小!先来说说它的结构。
MOSFET 呢,有三个极,分别是栅极、源极和漏极。
这栅极就像是小精灵的指挥棒,源极和漏极就像是它要控制的两个通道。
当栅极上没有电压的时候,就像是小精灵在偷懒休息,源极和漏极之间的通道是关闭的,电流很难通过,就好像是道路被堵住了一样。
可一旦在栅极上加了电压,这小精灵就来精神啦!它会产生一个电场,这个电场就像有魔力一样,能够控制源极和漏极之间通道的宽窄。
加的电压越大,通道就开得越宽,电流就能更顺畅地通过。
想象一下,这就好像是一条河,平时河道很窄,水流很小。
但当有人控制着闸门,把闸门开大,河道变宽了,水流也就汹涌起来啦!而且啊,MOSFET 场效应管还有增强型和耗尽型之分呢。
增强型的就像是个有点害羞的小精灵,非得栅极电压达到一定程度,它才肯好好工作,打开通道让电流通过。
而耗尽型的呢,就像是个特别积极主动的小精灵,就算栅极电压没加,它也会先把通道开个小口,等栅极电压来了,再根据情况调整通道的大小。
在实际应用中,MOSFET 场效应管可是大显身手呢!比如说在电源电路里,它就像个尽职尽责的保安,控制着电流的大小和流向,保证电路的稳定和安全。
在放大电路里,它又像是个神奇的魔术师,能把小信号放大成大信号,让我们能更清楚地接收到有用的信息。
还有哦,在数字电路中,它就变成了一个聪明的开关,快速地开开合合,实现各种逻辑功能。
总之啊,MOSFET 场效应管这个小家伙,虽然看起来不起眼,但在电子世界里可是起着至关重要的作用呢!它就像是一个默默付出的小英雄,为我们的电子设备能够正常工作立下了汗马功劳。
怎么样,朋友,是不是对 MOSFET 场效应管的工作原理有了更亲切的认识啦?。
mosfet 与 jfet 的工作原理及应用场合

MOSFET 与 JFET 的工作原理及应用场合一、引言在现代电子领域中,场效应晶体管(F ET)是一种重要的半导体器件,具有优越的性能和广泛的应用。
其中,金属氧化物半导体场效应管(M OS FE T)和结型场效应管(J FE T)是两种常见的FE T。
本文将介绍M O SF ET和J FE T的工作原理及其在不同应用场合的应用。
二、M O S F E T(金属氧化物半导体场效应管)M O SF ET是由一层金属氧化物绝缘层隔离门极和半导体基片的晶体管。
其工作原理如下:1.栅极电压变化:当栅极电压变化时,M O SF ET内部的电场分布发生变化,进而改变了通道中的载流子浓度。
2.载流子控制:当正向偏置栅极,使得栅极与源极之间形成正向偏压时,可以控制通道中的正负载流子的浓度。
M O SF ET在数字电路、模拟电路和功率放大器等方面有着广泛的应用:-逻辑门电路:M OS FE T可用于构建与门、或门、非门等逻辑门电路。
-放大器电路:M OS FE T可以实现低噪声、高增益的放大器电路,常用于音频放大器等领域。
-电源开关:由于MOS F ET具有低导通电阻和高关断电阻的特点,适用于电源开关电路,如开关稳压器。
三、J F E T(结型场效应管)J F ET是由P型或N型半导体材料形成的通道,两侧有控制端和漏源端的晶体管。
其工作原理如下:1.控制电压:当控制端电压变化时,通过改变通道中的空间电荷区宽度,从而改变了导电性能。
2.漏源电压:调整漏源间的电压,使其达到最大或最小值,以控制导电。
J F ET在放大器、开关和稳流源等方面具有广泛的应用:-放大器电路:J FE T具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点,适用于低频放大器、微弱信号放大器等。
-开关电路:JF ET由于其控制电压变化范围大,可用于开关电路中的信号开关。
-稳流源:通过合理选择JF ET工作状态和参数,可以将其应用于稳流源电路,如电流源。
四、M O S F E T与J F E T的优缺点对比-M OS FE T的优点:1.噪声低:MO SF ET具有较低的输入噪声。
mosfet工作原理 负电荷和自由载流子

mosfet工作原理负电荷和自由载流子负电荷和自由载流子是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的两个重要概念,它们对于MOSFET的工作原理和性能起着关键作用。
我们来了解一下MOSFET的基本结构。
MOSFET由一块绝缘层(氧化物)覆盖的半导体材料构成,其中包括一片掺杂有P型或N型材料的基底,以及在绝缘层上方的两个金属电极,分别称为源极和漏极。
这种结构可以形成一个PN结,称为沟道,它的导电性可以通过控制绝缘层上的电场来调节。
在MOSFET中,负电荷主要指的是绝缘层上的负电荷,它是由绝缘层上的氧化物带来的。
当MOSFET处于工作状态时,通过施加在源极和漏极之间的电压,可以在绝缘层上形成一个电场。
由于氧化物是绝缘体,它不允许电流通过,但它可以吸引和固定一些带负电荷的离子。
这些负电荷会在绝缘层表面形成一个电荷层,称为表面态电荷层。
这个负电荷层在MOSFET的工作中起着重要作用。
自由载流子是指在MOSFET中可以自由移动的电荷,主要包括电子和空穴。
在MOSFET的工作过程中,通过控制源极和漏极间的电压,可以调节绝缘层上的电场强度,从而控制电子和空穴在沟道中的浓度和移动速度。
当MOSFET处于导通状态时,电子和空穴可以在沟道中自由地移动,从而形成电流。
而当MOSFET处于截止状态时,沟道中没有自由载流子,电流无法通过。
负电荷和自由载流子的概念与MOSFET的工作原理密切相关。
当在MOSFET的栅极上施加一个正电压时,栅极和绝缘层之间的电场会吸引更多的自由载流子进入沟道,从而增加导电性,使MOSFET处于导通状态。
而当在栅极上施加一个负电压时,电场会排斥自由载流子,减少沟道中的电子和空穴浓度,使MOSFET处于截止状态。
总结一下,负电荷和自由载流子是MOSFET工作原理中不可或缺的概念。
负电荷主要存在于绝缘层上的氧化物表面,通过控制栅极电压可以调节其分布,从而控制MOSFET的导电性。
而自由载流子主要是指电子和空穴,在电场的作用下可以在MOSFET的沟道中自由移动,从而形成电流。
MOSFET的工作原理与特性分析

MOSFET的工作原理与特性分析MOSFET(transistor)简介MOSFET是一种重要的半导体器件,广泛应用于数字电路、模拟电路和功率电子系统中。
它是一种三端设备,由门极、漏极和源极组成。
在工作时,通过对门极电压的控制来改变源漏电路的导电状态,这样就能实现信号放大、切换等功能。
MOSFET的三个区域MOSFET器件具有三个区域: 管子区、沟道区和衬底区。
其中管子区和衬底区是PN结,沟道区则是N型或P型半导体。
沟道区是MOSFET的关键区域,其厚度和电荷密度的变化会显著影响MOSFET的电学性能。
MOSFET的工作原理MOSFET的工作原理可以分为三个阶段: 开关关闭、开关开启和饱和。
当门极施加低电压时,沟道内的载流子导电性较弱,开关处于关闭状态。
当门极施加足够高的电压时,沟道内的载流子导电性增强,电流开始流动,开关处于开启状态。
当门极施加过高电压时,沟道内的电场会足够强以将沟道中的电荷完全排出,此时开关处于饱和状态。
MOSFET的特性分析MOSFET的主要特点包括输入电容容量小、输入阻抗高、开关速度快等优点。
此外,MOSFET还能够承受较高的漏极电压,且散热能力较强。
因此,在功率电子控制领域中,MOSFET器件被广泛应用。
然而,MOSFET也存在一些缺点。
例如,在温度较高时,沟道区中的电荷易被热激发捕获,导致输出特性发生变化。
另外,在高频率条件下,MOSFET的损耗也会增加,从而限制其在高频电路中的应用。
MOSFET的发展趋势近年来,MOSFET技术在模拟和数字电路中得到快速发展。
一些新型器件如原创DMOS(Double-Diffused MOS)技术、中空MOSFET技术等得以应用,因此,MOSFET的特性和性能将继续得到不断提升。
总结MOSFET是一种广泛应用的半导体器件,其原理和特性分析可帮助我们更好地理解其在电子领域中的应用。
虽然MOSFET存在一些缺点,但其在功率电子控制和数字领域中的应用前景广阔,未来可继续期待其发展。
MOSFET工作原理

MOSFET工作原理MOSFET是一种金属氧化物半导体场效应晶体管,是现代电子电路中最常用的一种晶体管。
它具有体积小、功耗低、开关速度快等优点,广泛应用于数码电子、计算机设备、通讯设备以及电源管理等领域。
下面我将详细介绍MOSFET的工作原理。
当栅极施加正电压时,绝缘栅层中的电场使得位于绝缘栅层下方的N 型衬底或P型衬底上形成与栅极电压相同极性的电荷。
当栅极电压越高,导电通道打开的程度越大,形成由源极到漏极的导电通道。
当栅极施加负电压时,由于绝缘栅层下方的电场减小,衬底上的电荷减少。
当栅极电压达到临界值时,导电通道被关闭。
在截止区模式下,当栅极电压低于临界值时,导电通道完全关闭,源极和漏极之间没有电流流动。
在增强模式下,当栅极电压高于临界值时,导电通道打开,源极和漏极之间有电流流动。
而且,栅极电压越高,导电通道打开的程度越大,电流也越大。
在耗尽模式下,当栅极电压低于临界值时,导电通道完全关闭,且当栅极电压低于临界值时,源极和漏极之间有一个小的漏极电流。
此时的MOSFET被称为耗尽型MOSFET。
MOSFET的特点决定了它在电子电路中的重要性。
首先,MOSFET的输入阻抗很高,可以使输入电路和输出电路之间的阻抗匹配,保持电路的稳定性。
其次,由于MOSFET具有体积小、功耗低、开关速度快等特点,它可以在集成电路中广泛应用,实现高密度、高性能的电子产品。
此外,因为MOSFET的栅电极是绝缘层,使得栅电极和源漏电极之间具有很好的电隔离性能,可以提高电路的可靠性。
总结起来,MOSFET是一种通过控制栅极电压来控制源漏电流的晶体管。
它具有截止区、增强区和耗尽区三种工作模式。
通过控制栅极电压,可以实现对MOSFET的导电通道的开关,从而控制电路的电流流动。
MOSFET的特点包括高输入阻抗、体积小、功耗低、开关速度快等,适用于集成电路和高性能电子产品中。
MOSFET工作原理讲分析

4 场效应管放大电路
Vi = - Vg s Vo = - g m Vg s R’L Av = Vo / Vi = g m R’L Ri = Rs // (1/ g m ) ; Ro = Rd
——电流跟随器
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
(2) VDS对i D的影响
4 场效应管放大电路
VGS =0,g连s。d,s加电压, 此时g,d反偏。
VGD = VG S - VD S = VP ,预夹断 !
4 场效应管放大电路
P沟道JFET的工作原理
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
P沟道JFET的特性曲线
4 场效应管放大电路
P沟道JFET的特性曲线
3.主要参数
(1)夹断电压 (2)饱和漏电流 (3)最大漏源电压 (4)最大栅源电压 (5)直流输入电阻 (6)低频互导(跨导) (7)输出电阻 (8)最大耗散功率
4 场效应管放大电路
Vo = - g m Vg s R’L
Av = Vo / Vi = - g m R’L /(1+ g m Rs )
Ri = Rg ; Ro = Rd
——反向电压放大
4 场效应管放大电路
Vi = Vg s + g m Vg s R’L = Vg s (1+ g m R’L ) Vo = g m Vg s R’L Av = Vo / Vi = g m R’L /(1+ g m R’L ) < 1 Ri = Rg ; Ro = Rs // (1/ g m ) ——电压跟随器
MOSFET结构及其工作原理详解

MOSFET结构及其工作原理详解MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是一种常见的半导体器件,广泛应用于电子设备中。
它由金属、氧化物和半导体构成,通过不同电压的施加来控制电流的流动。
下面将详细介绍MOSFET的结构和工作原理。
MOSFET的结构主要包括源极(Source)、漏极(Drain)、栅极(Gate)和绝缘层(Insulator)四个部分。
其中,源极和漏极是N型或P型半导体材料,栅极是金属材料,绝缘层一般采用二氧化硅。
栅极和绝缘层之间形成了一个电容,称为栅氧化物电容。
首先是摩尔斯电势形成。
当源极和漏极之间的电压为零时,栅极施加一个正电压,导致栅氧化物电容上积累了正电荷,使得绝缘层下的半导体材料形成了一个负摩尔斯电势。
这个负摩尔斯电势吸引了漏极和源极之间的电子,形成了一个电子云。
接下来是沟道形成。
当栅极施加的正电压增加到一定程度时,负摩尔斯电势足够吸引漏极和源极之间的电子,使其在绝缘层下形成一个导电通道,这个通道就叫做沟道。
沟道的形成使得源极和漏极之间形成了一个导电路径。
最后是沟道电流的控制。
当栅极施加的正电压继续增加时,沟道的宽度和电阻都会减小,从而使得漏极和源极之间的电流增大。
反之,当栅极施加的正电压减小时,沟道的宽度和电阻增大,电流减小。
因此,通过调节栅极电压,可以控制源极和漏极之间的电流大小。
总结起来,MOSFET的工作原理就是通过栅极电压的变化,控制源极和漏极之间的电流大小。
这种控制是通过绝缘层下形成的沟道来实现的,当栅极电压足够大时,沟道形成并导通,电流得以流动;当栅极电压减小时,沟道关闭,电流停止流动。
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MOSFET结构及其工作原理详解时间:2012年03月22日字体:关键词:MOSFET电阻UC3724MOSFET的工作原理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。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
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。
2.1.功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
功率MOSFET的结构图按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。
功率MOSFET为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六边形单元;西门子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司(Motorola)的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。
2.2.功率MOSFET的工作原理截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。
导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。
但栅极的正电压会将其下面P 区中的空穴推开,而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。
2.3.功率MOSFET的基本特性2.3.1静态特性MOSFET的转移特性和输出特性。
漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性,ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导GfsMOSFET的漏极伏安特性(输出特性):截止区(对应于GTR的截止区);饱和区(对应于GTR的放大区);非饱和区(对应于GTR的饱和区)。
电力MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换。
电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通。
电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。
2.3.2动态特性MOSFET其测试电路和开关过程。
开通过程;开通延迟时间td(on) —Up前沿时刻到UGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段;上升时间tr — UGS从UT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段;iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。
UGSP的大小和iD的稳态值有关,UGS达到UGSP后,在up作用下继续升高直至达到稳态,但iD已不变。
开通时间ton—开通延迟时间与上升时间之和。
关断延迟时间td(off) —Up下降到零起,Cin通过RS和RG放电,UGS按指数曲线下降到UGSP时,iD开始减小为零的时间段。
下降时间tf— UGS从UGSP继续下降起,iD减小,到UGS<UT时沟道消失,ID下降到零为止的时间段。
关断时间TOFF—关断延迟时间和下降时间之和。
</UT时沟道消失,ID下降到零为止的时间段。
关断时间TOFF—关断延迟时间和下降时间之和。
2.3.3MOSFET的开关速度MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度,MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。
场控器件静态时几乎不需输入电流。
但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。
开关频率越高,所需要的驱动功率越大。
4.动态性能的改进在器件应用时除了要考虑器件的电压、电流、频率外,还必须掌握在应用中如何保护器件,不使器件在瞬态变化中受损害。
当然晶闸管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以其du/dt 能力是较为脆弱的。
对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制。
功率MOSFET的情况有很大的不同。
它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒(而不是每微秒)的能力来估量。
但尽管如此,它也存在动态性能的限制。
这些我们可以从功率MOSFET的基本结构来予以理解。
功率MOSFET的等效电路图上图是功率MOSFET的等效电路,在应用中除了要考虑功率MOSFET每一部分都存在电容以外,还必须考虑MOSFET还并联着一个二极管。
同时从某个角度看、它还存在一个寄生晶体管。
(就像IGBT也寄生着一个晶闸管一样)。
这几个方面,是研究MOSFET动态特性很重要的因素。
首先MOSFET 结构中所附带的本征二极管具有一定的雪崩能力。
通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表达。
当反向di/dt很大时,二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖刺,它有可能进入雪崩区,一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏。
作为任一种PN结二极管来说,仔细研究其动态特性是相当复杂的。
它们和我们一般理解PN 结正向时导通反向时阻断的简单概念很不相同。
当电流迅速下降时,二极管有一阶段失去反向阻断能力,即所谓反向恢复时间。
PN结要求迅速导通时,也会有一段时间并不显示很低的电阻。
在功率MOSFET中一旦二极管有正向注入,所注入的少数载流子也会增加作为多子器件的MOSFET的复杂性。
功率MOSFET的设计过程中采取措施使其中的寄生晶体管尽量不起作用。
在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但总的原则是使漏极下的横向电阻RB 尽量小。
因为只有在漏极N区下的横向电阻流过足够电流为这个N区建立正偏的条件时,寄生的双极性晶闸管才开始发难。
然而在严峻的动态条件下,因du/dt 通过相应电容引起的横向电流有可能足够大。
此时这个寄生的双极性晶体管就会起动,有可能给MOSFET带来损坏。
所以考虑瞬态性能时对功率MOSFET器件内部的各个电容(它是dv/dt的通道)都必须予以注意。
瞬态情况是和线路情况密切相关的,这方面在应用中应给予足够重视。
对器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相应的问题。
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。
4.1几种MOSFET驱动电路介绍及分析不隔离的互补驱动电路图a)为常用的小功率驱动电路,简单可靠成本低。
适用于不要求隔离的小功率开关设备。
图7(b)所示驱动电路开关速度很快,驱动能力强,为防止两个MOSFET管直通,通常串接一个0.5~1Ω小电阻用于限流,该电路适用于不要求隔离的中功率开关设备。
这两种电路特点是结构简单。
功率MOSFET 属于电压型控制器件,只要栅极和源极之间施加的电压超过其阀值电压就会导通。
由于MOSFET 存在结电容,关断时其漏源两端电压的突然上升将会通过结电容在栅源两端产生干扰电压。
常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小,关断速度较快,但它不能提供负压,故抗干扰性较差。
为了提高电路的抗干扰性,可在此种驱动电路的基础上增加一级有V1、V2、R组成的电路,产生一个负压,电路原理图如图8所示。
提供负压的互补电路图当V1 导通时,V2关断,两个MOSFET中的上管的栅、源极放电,下管的栅、源极充电,即上管关断,下管导通,则被驱动的功率管关断;反之V1关断时,V2导通,上管导通,下管关断,使驱动的管子导通。
因为上下两个管子的栅、源极通过不同的回路充放电,包含有V2的回路,由于V2会不断退出饱和直至关断,所以对于S1而言导通比关断要慢,对于S2而言导通比关断要快,所以两管发热程度也不完全一样,S1比S2发热严重。
该驱动电路的缺点是需要双电源,且由于R的取值不能过大,否则会使V1深度饱和,影响关断速度,所以R上会有一定的损耗。
4.1.2隔离的驱动电路正激驱动电路(1)正激式驱动电路。
电路原理如图9(a)所示,N3为去磁绕组,S2为所驱动的功率管。
R2为防止功率管栅极、源极端电压振荡的一个阻尼电阻。