電力場(chǎng)效應(yīng)管的動(dòng)態(tài)特性和主要參數(shù)

電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power Field-Effect Transistor，簡(jiǎn)稱Power FET），特別是其中的絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），在電力電子領(lǐng)域因其高速開關(guān)能力和高能效而得到廣泛應(yīng)用。MOSFET的動(dòng)態(tài)特性及其相關(guān)參數(shù)對(duì)于理解其在電路中的行為和優(yōu)化系統(tǒng)性能至關(guān)重要。以下是對(duì)電力MOSFET動(dòng)態(tài)特性和主要參數(shù)的詳細(xì)闡述。

一、動(dòng)態(tài)特性

MOSFET的動(dòng)態(tài)特性主要涉及其在開關(guān)過程中的表現(xiàn)，包括開通和關(guān)斷過程的時(shí)間延遲、電壓和電流的變化等。這些特性對(duì)于設(shè)計(jì)高速、高效的電力電子系統(tǒng)至關(guān)重要。

1. 開通過程

MOSFET的開通過程可以分為開通延遲時(shí)間（td(on)）和上升時(shí)間（tr）兩個(gè)階段。

• 開通延遲時(shí)間（td(on)） ：這是指從柵源電壓（VGS）開始上升（通常定義為上升到其穩(wěn)態(tài)值的10%）到漏源電壓（VDS）開始顯著下降（通常定義為下降到其穩(wěn)態(tài)值的90%）之間的時(shí)間間隔。在這一階段，柵極電容開始充電，但VGS尚未達(dá)到閾值電壓（UT），因此MOSFET尚未開始導(dǎo)通，VDS保持不變。
• 上升時(shí)間（tr） ：這是指VDS從90%的穩(wěn)態(tài)值下降到10%的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。在這一階段，VGS繼續(xù)上升并超過UT，MOSFET開始導(dǎo)通，VDS迅速下降，漏極電流（ID）迅速增加。值得注意的是，在上升過程中，由于米勒效應(yīng)（Miller Effect）的存在，VGS可能會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)（米勒平臺(tái)）上一段時(shí)間，導(dǎo)致ID的增加速度放緩。

2. 關(guān)斷過程

MOSFET的關(guān)斷過程與開通過程相反，也可以分為關(guān)斷延遲時(shí)間（td(off)）和下降時(shí)間（tf）兩個(gè)階段。

• 關(guān)斷延遲時(shí)間（td(off)） ：這是指從VGS開始下降（通常定義為下降到其穩(wěn)態(tài)值的90%）到VDS開始顯著上升（通常定義為上升到其穩(wěn)態(tài)值的10%）之間的時(shí)間間隔。在這一階段，柵極電容開始放電，但VGS尚未降低到UT以下，因此MOSFET仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，VDS保持不變。
• 下降時(shí)間（tf） ：這是指VDS從10%的穩(wěn)態(tài)值上升到90%的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。在這一階段，VGS繼續(xù)下降并低于UT，MOSFET開始關(guān)斷，VDS迅速上升，ID迅速減小。

二、主要參數(shù)

1. 柵極電荷（Qg）

柵極電荷是指為導(dǎo)通MOSFET而注入到柵極電極的電荷量，也稱為總柵極電荷。它包括Qgs（柵極-源極的電荷量）和Qgd（柵極-漏極的電荷量，也稱米勒電荷量）?？倴艠O電荷量越大，則導(dǎo)通MOSFET所需的電容充電時(shí)間越長(zhǎng)，開關(guān)損耗增加。反之，總柵極電荷量越小，開關(guān)損耗就越小，有利于實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)。

2. 電容參數(shù)

• Ciss（輸入電容） ：這是柵極與源極和漏極之間的總電容，等于Cgs（柵極-源極電容）和Cgd（柵極-漏極電容）之和。Ciss對(duì)MOSFET的開關(guān)速度有重要影響，因?yàn)樗鼪Q定了柵極電壓的變化速度。
• Coss（輸出電容） ：這是漏極與源極之間的總電容，等于Cds（漏極-源極電容）和Cgd之和。Coss主要影響MOSFET的關(guān)斷速度和輸出特性。
• Crss（反向傳輸電容） ：這是柵極與漏極之間的電容，也稱為米勒電容。Crss在MOSFET的開關(guān)過程中起著重要作用，是導(dǎo)致米勒效應(yīng)的主要原因。

3. 開關(guān)時(shí)間

• 開通時(shí)間（ton） ：開通時(shí)間等于開通延遲時(shí)間（td(on)）和上升時(shí)間（tr）之和。它表示了MOSFET從接收到開通信號(hào)到完全導(dǎo)通所需的總時(shí)間。
• 關(guān)斷時(shí)間（toff） ：關(guān)斷時(shí)間等于關(guān)斷延遲時(shí)間（td(off)）和下降時(shí)間（tf）之和。它表示了MOSFET從接收到關(guān)斷信號(hào)到完全關(guān)斷所需的總時(shí)間。

4. 跨導(dǎo)（gM）

跨導(dǎo)是表示柵源電壓（VGS）對(duì)漏極電流（ID）的控制能力，即ID變化量與VGS變化量的比值?？鐚?dǎo)是衡量MOSFET放大能力的重要參數(shù)，在動(dòng)態(tài)特性中也起著重要作用。

5. 其他參數(shù)

• 漏源擊穿電壓（V(BR)DSS） ：這是指當(dāng)柵源電壓（VGS）為零時(shí)，MOSFET的漏極和源極之間所能承受的最大電壓。它是一項(xiàng)極限參數(shù)，決定了MOSFET在電路中的耐壓能力。
• 最大耗散功率（PD） ：這是指MOSFET在特定條件下所能承受的最大功率損耗。它限制了MOSFET在長(zhǎng)時(shí)間工作下的熱穩(wěn)定性。
• 最大漏源電流（IDSM） ：這是指MOSFET在正常工作條件下所能承受的最大漏源電流。它限制了MOSFET在電路中的電流處理能力。

三、總結(jié)

電力場(chǎng)效應(yīng)管（特別是MOSFET）的動(dòng)態(tài)特性和主要參數(shù)對(duì)于理解和設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)至關(guān)重要。動(dòng)態(tài)特性包括開通過程和關(guān)斷過程中的時(shí)間延遲、電壓和電流變化等，而主要參數(shù)則包括柵極電荷、電容參數(shù)、開關(guān)時(shí)間、跨導(dǎo)以及漏源擊穿電壓、最大耗散功率和最大漏源電流等。通過合理選擇和使用具有適當(dāng)參數(shù)的MOSFET，可以優(yōu)化電路的性能和可靠性。同時(shí)，還需要注意MOSFET的保護(hù)和散熱問題，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。