圖解MOSFET的寄生電容、VGS的溫度特性

2021-01-09 合晶芯城

同普通三極體相比,MOSFET堪稱電晶體之王,在模擬電路和數字電路中均有廣泛用途。為了發揮MOSFET性能優勢,用戶除了詳細閱讀產品規格書外,有必要先了解MOSFET的寄生電容,開關性能,VGS(th)(界限値),ID-VGS特性及其各自的溫度特性。

MOSFET的寄生電容和溫度特性

在構造上,功率MOSFET都存在寄生電容。MOSFET的G(柵極)端子和其他的電極間由氧化層絕緣,在DS(漏極、源極)間形成PN接合,成為內置二極體構造。其中,Cgs、Cgd的容量根據氧化膜的靜電容量決定,Cds根據內置二極體的接合容量決定。

MOSFET的寄生電容模型

一般而言,寄生電容與漏極、源極間電壓VDS存在一定關係,VDS增加,則寄生容量值減小。在廠家發布的MOSFET規格書上,一般都提供Ciss/Coss/Crss三類容量特性:

Ciss表示輸入容量,即Cgs+Cgd

Coss表示輸出容量,即Cds+Cgd

Crss表示反饋容量,即Cgd

寄生電容大小與VDS的關係

測量數據表明,雖然寄生電容的大小與VDS密切相關,但是與溫度的變化幾乎沒有任何影響,對溫度不敏感。

MOSFET的開關特性

當柵極電壓ON/OFF之後,MOSFET才能ON/OFF,這個延遲時間為開關時間。一般而言,規格書上記載td(on)/tr/td(off)/tf,這些數值是典型值,具體描述為:

td(on):開啟延遲時間(VGS 10%→VDS 90%)

tr:上升時間(VDS 90%→VDS 10%)

td(off):關閉延遲時間(VGS 90%→VDS 10%)

tf:下降時間(VDS 10%→VDS 90%)

ton:開啟時間(td(on) + tr)

toff:關閉時間(td(off) + tf)

測量數據表明,溫度變化對MOSFET的開關時間沒有影響。溫度上升時,OSFET的開關時間略微增加,當溫度上升到100°C時開關時間僅僅增加10%,幾乎沒有溫度依存性。

MOSFET的寄生電容與溫度的關係

MOSFET的VGS(th)(界限値)

按照定義,為VGS(th)(界限值)是MOSFET開啟時,GS(柵極、源極)間需要的電壓。這表示,當輸入界限值以上的電壓時,MOSFET為開啟狀態。為了通過絕大部分電流,需要比較大的柵極電壓。

那麼,MOSFET在開啟狀態時能通過多少電流?針對每個元件,在規格書的電氣特性欄裡分別有記載。例如,當輸入VDS=10V時,使1mA電流通過ID所需的柵極界限值電壓ID(th)為1.0-2.5V。

MOSFET的ID-VGS特性,以及界限值溫度特

ID-VGS特性和界限值都會隨溫度變化而變化。使用時請輸入使其充分開啟的柵極電壓。其中,界限值隨溫度升高而下降,通過觀察界限值電壓變化,能夠計算元件的通道溫度。

需要注意的是,對於一定的VGS電壓,漏極電流ID會隨溫度的上升而增加,但是達到10A以後,ID將與溫度無關。新人小芯認為,當漏極電流達到一定限度後,MOSFET已經成為一個發熱體,基體發熱已經成為溫升的主要來源,而外部環境溫度的影響科技忽略。

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