2025/7/611.正向靜態(tài)輸出特性(截止區(qū)3)

截止區(qū)3雖然Uds>0，但由于Ugs<UT，器件仍處于截止?fàn)顟B(tài)，UT是柵閥電壓，其典型值為2V左右，UT隨結(jié)溫而變，其溫度系數(shù)約為6.7mV／℃。

截止區(qū)32025/7/621.正向靜態(tài)輸出特性(截止區(qū)3)

在一定的柵壓下，柵底P區(qū)表層的電子濃度才能超過空穴濃度(盡管柵極與P型區(qū)之間隔有SiO2，但正柵壓能將P區(qū)空穴推開并將少子電子吸引至柵底P區(qū)表面，正柵壓越高，電子濃度便越高)，從而使P區(qū)反型并產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，DS極間開始通流。截止區(qū)32025/7/631.正向靜態(tài)輸出特性(正向電阻區(qū)1)

正向電阻區(qū)1。Ugs>UT，器件處于充分導(dǎo)通狀態(tài)，Ugs和Uds的增加都可使ID增大，器件如線性電阻特性。由于ID>0，故稱正向電阻區(qū)，在本區(qū)域中，Uds的增加提高溝道電場強(qiáng)度，通過溝道的載流子散射速度加快，導(dǎo)致ID增大。本區(qū)的導(dǎo)通電阻可表示為:2025/7/64正向電阻區(qū)1式中，Udsc稱臨界飽和漏壓。器件手冊(cè)給出的導(dǎo)通電阻值即指這一區(qū)域。2025/7/65飽和區(qū)4飽和區(qū)4:當(dāng)漏極電壓達(dá)到Udsc時(shí)，溝道中載流子的散射速度達(dá)其極限值Vnk，載流子開始擺脫溝道電場的影響，器件進(jìn)入飽和區(qū)，式(1-13)是電阻區(qū)與飽和區(qū)的分界線，如圖1-7中點(diǎn)劃線所示。在飽和區(qū)中，Uds對(duì)ID無影響，當(dāng)Ugs為定值時(shí)，ID近似于恒定，即器件具有恒流特性，只有改變Ugs值才能使ID產(chǎn)生變化。飽和區(qū)分界線2025/7/66電壓擊穿區(qū)（雪崩擊穿區(qū)5）電壓擊穿區(qū)由左圖可見，若Uds太大，PN結(jié)反偏電壓過高并發(fā)生雪崩擊穿，ID驟增可使器件失效。為保證器件安全使用，有的廠家在手冊(cè)中給出可重復(fù)的雪崩能量額定值EAS(該值在出廠前經(jīng)逐一測試)。表1-4(林P21是兩個(gè)產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù)，表中BUds為雪崩擊穿電壓。

2025/7/672.飽和區(qū)的電流轉(zhuǎn)移特性

在器件的飽和區(qū)(Uds>Udsc)中維持Uds為恒值，電流ID將隨輸入電壓Ugs而變，其關(guān)系曲線稱為電流轉(zhuǎn)移特性。如左圖所示。由圖可見：2025/7/68飽和區(qū)的電流轉(zhuǎn)移特性1)曲線表征輸入電壓Ugs對(duì)輸出電流ID的控制能力。同一Ugs時(shí)，ID值越大，說明Ugs對(duì)ID的控制能力越強(qiáng)。飽和區(qū)的電流轉(zhuǎn)移特性2025/7/69直流跨導(dǎo)上式表明，值越大，說明對(duì)的控制能力越強(qiáng)。2025/7/610飽和區(qū)的電流轉(zhuǎn)移特性2)結(jié)溫對(duì)轉(zhuǎn)移特性的影響。在低電流區(qū)，器件具有正電流溫度系數(shù)；相反在大電流區(qū)則有負(fù)電流溫度系數(shù)。由于在電力電子電路中，功率MOSFET工作于大電流的開關(guān)狀態(tài)，電流的負(fù)溫度效應(yīng)使器件具有較好的熱穩(wěn)定性，芯片熱分布比較均勻，不易形成熱點(diǎn)，這將有利于器件的運(yùn)行及并聯(lián)。2025/7/6113．無柵壓反向輸出特性

當(dāng)UdS<0，Ugs=0時(shí)，器件按左圖中虛線6工作，反向電流額定值與正向電流相同，這是POWERMOSFET器件的逆導(dǎo)性。2025/7/612無柵壓反向輸出特性

器件的這種逆導(dǎo)性能本來很適合于變流電路的需要,如左圖的橋式直流變換電路（局部）。圖中VT1、VT2是全控型器件，它們均反并聯(lián)二極管VD1和VD2，若VTl和VT2采用MOSFET則可省去VD1和VD2。2025/7/613無柵壓反向輸出特性

但由于功率MOSFET的體二極管反向恢復(fù)特性并不理想，當(dāng)VD1向VT2換流時(shí)，VD1的反向電流很大且流過VT2，造成VT2開通電流尖峰。因此，必須選擇具有快恢復(fù)性能的功率MOSFET，成者外接快速功率二極管。2025/7/614無柵壓反向輸出特性其中VDk1可為肖特基勢壘二極管（SBD），VDk2為外延型快速二極管2025/7/6154.正柵壓反向輸出特性

目前，高集成度的芯片供電電源電壓不已降到1V左右，對(duì)于這類電源，即便采用SBD（勢壘二極管）作為整流器件也是不合理的(SBD的導(dǎo)通壓降在0.6~0.8V之間)，因而必須采用其它方案。2025/7/616正柵壓反向輸出特性

對(duì)功率MOSFET，若在Uds<0時(shí)對(duì)柵極施加高于UT的正柵壓，柵底P型區(qū)反型并形成導(dǎo)電溝道。由于Uds<0，漏極電流ID反向并與Uds保持線性關(guān)系如左圖區(qū)域2所示,ID值可由正柵壓Ugs控制。正柵壓反向輸出特性2025/7/617正柵壓反向輸出特性

由圖可見，除電流方向相反外，該特性與區(qū)域1很相似，為區(qū)別計(jì)稱1為正向電阻區(qū)，2為反向電阻區(qū)，對(duì)于低壓器件，區(qū)域2中導(dǎo)通電阻Ron僅為5~10mΩ。正柵壓反向輸出特性2025/7/618正柵壓反向輸出特性設(shè)反向電流為10A，則導(dǎo)通壓降Udso=(50~100)mV。導(dǎo)通損耗為0.5～1.0W?？梢钥闯觯谏鲜鰣龊蠈⒐β蔒OSFET作為超快速整流管應(yīng)用是有效的，文獻(xiàn)常稱這種應(yīng)用為同步整流。有關(guān)這方面的知識(shí)將在后續(xù)內(nèi)容介紹。2025/7/6192.3.3導(dǎo)通電阻

從上述靜態(tài)輸出特性可以看到，器件的柵閥電壓UT、擊穿電壓BUds、直流跨導(dǎo)Gm和導(dǎo)通電阻Ron是器件的重要靜態(tài)參數(shù)，而低導(dǎo)通電阻的器件對(duì)其自身乃至所在電路都是非常有益的。功率MOSFET的Ron比結(jié)型功率二極管和功率晶體管(GTR)都要大。這是功率MOSFET的弱點(diǎn)。因此設(shè)法降低Ron是器件設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)，也是器件使用者關(guān)注的問題。2025/7/620

1.導(dǎo)通電阻Ron的組成

Ron的組成取決于器件的結(jié)構(gòu)。左圖是VDMOS結(jié)構(gòu)的電阻組成，由圖可見，自漏極到源極的導(dǎo)電通路上存在由1到6的多個(gè)電阻分量。其中N+源區(qū)電阻Rs0和襯底電阻RN都很小，可忽略不計(jì)，因此Ron由其他四個(gè)分量組成。

1—溝道電阻Rch；2—柵積聚區(qū)電阻RA；3—柵底結(jié)型JFET的夾斷區(qū)電阻Rj；4—N-漂移區(qū)電阻RD；5—N+源區(qū)電阻Rs0；6—N+襯底電阻RN2025/7/621

2．導(dǎo)通電阻的測試條件

式中，是額定漏極電流，BUgs是最高柵壓，其數(shù)值受SiO2層介質(zhì)電擊穿的限制，老產(chǎn)品為±20V，新產(chǎn)品,由于采用較厚的氧化層新結(jié)構(gòu)，BUgs可提高到±30V。產(chǎn)品手冊(cè)給出的Ron指正向電阻區(qū)內(nèi)通態(tài)電阻，據(jù)此其測試條件為2025/7/622

3．電路運(yùn)行條件對(duì)Ron的影響

(1)柵壓由圖可見，Ron隨Ugs的增大而減小，因?yàn)閁gs提高時(shí)導(dǎo)電溝道變寬，溝道面積增加，因而Ron減?。涣硗?，耐壓越低，Ron隨Ugs的變化越明顯，相當(dāng)Uds：1kV的高耐壓器件盡管Ugs在大范圍內(nèi)變化，其KRv值近似不變，這是因?yàn)楦邏浩骷蠷D是主要電阻分量，而Ugs的變化對(duì)RD并不產(chǎn)生影響。正柵壓對(duì)不同耐壓器件Ron的影響Ugs2025/7/623(2)結(jié)溫對(duì)Ron的影響

(2)結(jié)溫左圖所示為結(jié)溫Tj對(duì)Ron的影響，圖中Ron25是25℃時(shí)的Ron值。由圖可見，功率MOSFET具有正電阻溫度系數(shù)，這與GTR具有負(fù)電電阻溫度系數(shù)相反。2025/7/624(3)擊穿電壓對(duì)Ron的影響

左圖為擊穿電壓BUds對(duì)Ron的影響，參變量A是芯片面積?？梢?1.Ron隨BUas的升高而增大，由前述這是由于漂移區(qū)厚度增大的結(jié)果；2.在相同BUds下，A值越大，則Ron越低，但器件成本也相應(yīng)增加。由此可見，A、BUds和Ron之間存在制約關(guān)系。2025/7/625(4)漏極電流Ron的影響左圖是漏極電流ID對(duì)Ron的影響，參變量為結(jié)溫Tj。由圖可見:1.在低電流區(qū),ID對(duì)Ron的影響不大，這相當(dāng)于正向輸出特性的線性電阻區(qū)；2.當(dāng)Ugs為恒值而ID繼續(xù)增大時(shí)，器件進(jìn)入非線性電阻區(qū),Ron比線性區(qū)中增加；3.另外還可看到，由于器件具有電阻正溫度系數(shù)，所以對(duì)于同一ID，R