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功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识

功率场效应管(PowerMOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型

的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无

二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达

500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、

便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、

热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。

一、电力场效应管的结构和工作原理

电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和

N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中，主要应用N

沟道增强型。

电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很

大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯

片表面，横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器

件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V

形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。

电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的

MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，

如图1(a)所示。电气符号，如图1(b)所示。

电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接

电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子

处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或

等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。UGS

超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。

二、电力场效应管的静态特性和主要参数

PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应

的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电

压等。1、静态特性（1）输出特性

输出特性即是漏极的伏安特性。特性曲线，如图2(b)所示。由图所

见，输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。这里饱和、非饱和的概

念与GTR不同。饱和是指漏极电流ID不随漏源电压UDS的增加而增加，

也就是基本保持不变；非饱和是指地UCS一定时，ID随UDS增加呈线性

关系变化。

（2）转移特性

转移特性表示漏极电流ID与栅源之间电压UGS的转移特性关系曲线，

如图2(a)所示。转移特性可表示出器件的放大能力，并且是与GTR中的

电流增益β相似。由于PowerMOSFET是压控器件，因此用跨导这一参数

来表示。跨导定义为

图中UT为开启电压，只有当UGS=UT时才会出现导电沟道，产生漏极

电流ID。2、主要参数

（1）漏极击穿电压BUD

BUD是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值。BUD随结

温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。（2）漏极额定电压UDUD

是器件的标称额定值。（3）漏极电流ID和IDM

ID是漏极直流电流的额定参数；IDM是漏极脉冲电流幅值。

2

（4）栅极开启电压UT

UT又称阀值电压，是开通PowerMOSFET的栅-源电压，它为转移特性

的特性曲线与横轴的交点。施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。

（5）跨导gm

gm是表征PowerMOSFET栅极控制能力的参数。

三、电力场效应管的动态特性和主要参数

1、动态特性

动态特性主要描述输入量与输出量之间的时间关系，它影响器件的开

关过程。由于该器件为单极型，靠多数载流子导电，因此开关速度快、时

间短，一般在纳秒数量级。PowerMOSFET的动态特性。如图3所示。

PowerMOSFET的动态特性用图3(a)电路测试。图中，up为矩形脉冲

电压信号源；RS为信号源内阻；RG为栅极电阻；RL为漏极负载电阻；RF

用以检测漏极电流。

PowerMOSFET的开关过程波形，如图3(b)所示。

PowerMOSFET的开通过程：由于PowerMOSFET有输入电容，因此当脉

冲电压up的上升沿到来时，输入电容有一个充电过程，栅极电压uGS按

指数曲线上升。当uGS上升到开启电压UT