什么是功率MOSFET:工作原理及其应用

权力场效电晶体除了器件的电压和电流水平有很大的不同外，使用与目前VLSI电路相似的半导体处理方法。MOSFET主要依赖于70年代推出的原始场效应晶体管(FET)。的功率场效应晶体管发明部分是通过以下是目前，该装置已成为电力电子应用领域的首选。尽管对功率器件的操作极限进行完全分类是不可行的，因为功率器件可以像任何可以开关的最小1A的组件一样被称为。

双极功率晶体管是一种通过电源进行控制的器件。为了保持设备处于ON状态，基极驱动电流必须高于集电极电流的¼。此外，高反向基极驱动电流是必要的，以实现快速关断。本文综述了功率MOSFET及其工作原理。

什么是功率MOSFET?

一种处理高功率的MOSFET被称为功率MOSFET。与一般的mosfet相比，在更小的电压范围内，这些mosfet表现出更高的开关速度。其工作原理与一般的mosfet相同。

应用最广泛的功率mosfet有p沟道增强模式、n沟道增强模式或n沟道耗尽模式和p沟道耗尽模式。功率MOSFET频率很高，高达100千赫兹。的功率MOSFET的象征如下所示。

这是三端硅器件，通过向栅端施加信号来控制源极和漏极之间的电流传导。电流导通容量等于数千安培，包括从10v - 1000v的击穿电压。

此外，功率mosfet可用于不同的结构，如VDMOS(垂直扩散MOS或DMOS(双扩散MOS)，沟槽MOS (UMOS)，或VMOS等。

在集成电路中，功率MOSFET是一个横向装置，包括源极、漏极和门极终端在装置的尖端，在那里，在通道内流动的电流与外部相比是平行的。VDMOS(垂直双扩散MOSFET)利用了类似漏极终端的器件衬底。

在集成电路中，mosfet将比分立的mosfet表现出高的导通电阻。功率mosfet可在SOIC(小轮廓IC)封装，其中使用的差距是溢价。此外，更大的通孔TO-247, TO-220和表面可安装的D2PAK，否则SMD-220也可以使用。

更新的包包括芯片规模的设备和PolarPak™和DirectFET™包。功率MOSFET的制造工艺与VLSI电路中使用的工艺相似，但电压、电流的水平不同

工作原理

类似于正常的mosfet，这些类型的mosfet将切换和控制两个终端之间的电流流动，如源极和漏极，通过改变栅极终端上的电压。一旦电压被施加到栅极端子上，那么在源极和栅极端子之间就会形成一个通道，从而允许电流流动。

通过增强V_GS电压(门源)，通道将成为优越的I_D(漏极电流)将增加。在这里，两个电压之间的主要关系，如门和漏将依赖于下面的方程。

我_D＝K (V_GS- - - - - - V_T）²

在那里,

“我_D是漏电流

“K”是一个设备常数

“V_GS为栅极电压

“V_T为阈值电压

规范和标准

在选择基于功率MOSFET的产品时，我们必须考虑两个重要的规格，如和V_GS(下)或门源截止电压& I_DSS或漏极饱和电流。漏极饱和电流可以定义为漏极电流饱和测量，用IDSS表示，当漏极源的电压等于门极源的电压时，用V表示_GS．

一旦漏极电流达到最高的值，那么它等待任何漏源极电压增加;这种附加电压可以通过位于栅端漏极端的耗尽层调节。所以这种情况被称为漏极电流饱和(I_DSS)喜欢电流的最高值。

门源截止电压或V_GS(下)是导致漏极电流值接近于零的门源电压值。用于制造功率mosfet的标准通过各种协会和协会的测试。主要的例子是JEDEC JEP 115, BS IEC 60747-8-4和JEDEC JESD 24。

功率MOSFET测试

功率MOSFET的测试可以通过以下方法使用万用表来完成。让我们测试n沟道和p沟道功率mosfet。

测试n沟道MOSFET

• 将数字万用表固定在二极管的量程内
• 将功率MOSFET放在木桌上
• 使用仪表探针或螺丝刀，缩短晶体管的漏极和栅极端子。这将主要保持内部电容的设备将完全放电。
• 将仪表的黑色探针朝向电源，而红色探针朝向晶体管的漏极。
• 因此，在数字万用表上可以观察到开路信号。
• 在那之后，保持黑色探针朝向源，从漏极取出红色探针&将它连接到MOSFET的栅极终端一会儿，再次将它放回漏极终端。
• 所以此时，数字万用表会显示短路。
• 从以上两个结果，我们可以得出结论，MOSFET是好的。
• 为了进行正确的确认，重复这些步骤几次
• 为了每次重复上述步骤，你必须通过一个仪表探头使漏极和栅极端子短路来复位晶体管。

测试p沟道场效应管

• 对于P沟道MOSFET，上述五个步骤是相同的，只是仪表极性不同。
• 接下来，不接触红色探头从源，脱离黑色探头从漏和接触晶体管的栅极终端一段时间，并把它放回到漏极的MOSFET。
• 所以这次，万用表将显示连续性，否则万用表上的值会更小。
• 因此，我们可以得出结论，MOSFET处于良好的状态，没有任何问题。任何其他类型的读数将指定一个错误的MOSFET。

功率MOSFET建设

一般来说，功率mosfet是增强型的。漂移层用于增强MOSFET的额定电压。功率MOSFET的结构为垂直形状，包括四层结构。这种结构主要用于减小电流的流动区域。因此，这种结构可以降低导通电阻和导通损耗。

在MOSFET结构中，类似p型的中间层称为体，而n层称为漂移区。这一层是轻掺杂的评估其他层，如源和漏。这个漂移区域将决定这个MOSFET的击穿电压。在功率MOSFET结构中，第一层和最后一层都是n+层。在这里，源层是第一层，而漏层是最后一层。

n+ p n- n+的结构是增强模式下的n通道MOSFET。但是p沟道MOSFET的结构包含了完全相反的掺杂形状。在这种结构中，门端子不是直接连接到p型，因为在金属和半导体之间有一个氧化物层，它作为介电层工作。

它在MOSFET的输入端形成一个金属氧化物半导体电容，电容高如超过1000 pF。氧化物层通过提供二氧化硅层来将端子从本体到栅极分离，从而提供优良的绝缘性能。

功率MOSFET电路

功率MOSFET电路如下图所示。在这个电路中，这个电路的主要端子是源极和漏极。电流的流向将从漏极端流向源极，并通过零电压从门极端流向源极进行控制。在漏极处，正电压相对于源极。因此，它将导致可能高达100伏特的电流被阻断。

如果一个正电压如3V施加到栅端，那么在栅端下面的硅表面就会产生一个负电荷。所以p层会变成一个诱导的N层让电子等载流子通过它。因此，正栅极电压为电流从漏极端流向源端建立了一个表面通道。在这里，门端电压将决定感应通道的深度，这样就可以确定电流的流量。

功率MOSFET特征

功率MOSFET的VI特性如下图所示。这里绘制了漏极至源极电压和漏极电流之间的特性曲线，用VDS和Id表示。该曲线包括三个区域，即截止区、欧姆区和饱和区。

当MOSFET在任何应用中用作开关时，设备将在欧姆和切断区域内工作，一旦开关ON/ off相应。在饱和区域，可以避免这一过程，以减少有源状态下的功耗。

一旦栅极源的电压低于阈值电压，功率MOSFET将处于截止区域。为了避免击穿，从漏极到源极的击穿电压必须大于施加的电压。所以雪崩会发生。

当功率MOSFET进入欧姆状态时，该区域的功率耗散较低。在饱和状态下，漏极电流与漏极至源极的电压近似无关。
它仅仅依赖于门到源端的电压。门极端的电压比阈值电压大。当从栅极到源极的电压增加时，漏极电流将增加。

优势

的功率MOSFE的优点我不包括以下内容。

• 下一次故障不会发生。
• 非常简单的门驱动电路
• 非常简单的开关和关闭
• 它使用高开关频率来操作
• 由于功率MOSFET的温度系数为正，热稳定性较好
• 少开态电阻
• 更便宜的
• 小尺寸
• 这是一种电压控制装置
• 在激活状态下需要很小的能量来保持它。
• 切换速度快
• 对于换向，不需要额外的电路

缺点

的功率MOSFET的缺点包括以下。

• 通态电压非常高，超出了MOSFET。因此，通电电源的耗散是高的。
• 这个MOSFET的阻塞能力不是对称的，所以他们可以阻塞高正向电压而不是高反向电压。所以，我们需要固定一个二极管来保护MOSFET。
• 它们在使用时需要特别小心，否则会因为固定的电力而损坏。

应用程序

的功率MOSFET的应用包括以下。

• UPS(不间断电源)
• 继电器驱动程序
• 开关电源
• 行业
• 基于高频逆变器
• 用于功率放大器内
• 在电机控制
• 显示驱动

因此，这是关于功率MOSFET概述、结构、工作、特点及其应用。从以上信息最后，我们可以得出结论，主要功率mosfet和mosfet的区别是，一个MOSFET处理较少的功率，所以用于实验目的，而功率MOSFET处理巨大的功率。所以它是非常危险的处理。这些主要用于电力电子设备。这里有一个问题要问你，市场上有哪些不同类型的mosfet ?