功率MOS场效应晶体管全称为金属-氧化物-半导体场效应晶体管PowerMetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor、,简称功率MOSFET,它是一种电压控制器件。根据载流子的性质,MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型,图形符号如图所示。根据导电结构,MOSFET有垂直导电结构与横向导电结构,而功率MOSFET几乎都是由垂直导电结构组成的,这种晶体管称为VMOSFET。
a、N沟道类型:b、P沟道类型
VMOSFET的主要特点:
1、开关速度非常快。VMOSFET为多数载流子器件,不存在存贮效应,故开关速度快,其一般低压器件开关时间为10ns数量级,高压器件为100ns数量级,适扩合于做高频功率开关。
2、高输入阻抗和低电平驱动。VM0S器件输入阻抗通常107、Ω以上,直流驱动电流为0.1μA数量级,故只要逻辑幅值超过VM0S的阈值电压3.5~4V、,则可由CM0S和LSTTL及标准TTL等器件直接驱动,驱动电路简单。
3、安全工作区宽。VM0S器件无二次击穿,安全工作区由器件的峰值电流、击穿电压的额定值和功率容量来决定,故工作安全,可靠性高。
4、热稳定性高。VMOS器件的最小导通电压由导通电阻决定,其低压器件的导通电阻很小,但且随着漏极-源极间电压的增大而增加,即漏极电流有负的温度系数,使管耗随温度的变化得到一定的自补偿。
5、易于并联使用。VM0S器件可简单并联,以增加其电流容量,而双极型器件并联使用需增设均流电阻、内部网络匹配及其他额外的保护装置。
6、跨导高度线性。VM0S器件是一种短沟道器件,当UGS上升到一定值后,跨导基本为一恒定值,这就使其作为线性器件使用时,非线性失真大为减小。
7、管内存在漏源二极管。VM0S器件内部漏极-源极之间寄生一个反向的漏源二极管,其正向开关时间小于10ns,和快速恢复二极管类似也有一个100ns数量级的反向恢复时间。该二极管在实际电路中可起钳位和消振作用。
8、注意防静电破坏。尽管VM0S器件有很大的输入电容,不像一般MOS器件那样对静电放电很敏感,但由于它的栅极-源极间最大额定电压约为±20V,远低于100~2500V的静电电压,因此,要注意采取防静电措施,即运输时器件应放于抗静电包装或导电的泡沫塑料中;拿取器件时要戴接地手镯,最好在防静电工作台上操作;焊接要用接地电烙铁;在栅极-源极间应接一只电阻使其保持低阻抗,必要时并联稳压值为20V的稳压二极管加以保护。