超结MOSFET开关特性1

1、器件结构

2、开关特性

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工作原理:

寄生电容和开关时间：功率MOS具有极快的开关速度，器件导通或关断前需要对寄生电容进行充放电，而电容的充放电需要一定时间，其开关速度要受器件的寄生电容限制。槽栅MOS元胞结构中的寄生电容包括：栅极-源极寄生电容、栅极-P体区寄生电容、栅极-源金属寄生电容、栅极-漂移区寄生电容、P体区-漂移区寄生电容。通常，将栅极-源极寄生电容、栅极-P体区寄生电容、栅极-源金属寄生电容之和称为栅源电容（输入电容）；将栅极-漂移区寄生电容称为栅漏电容（密勒电容）；将P体区-漂移区寄生电容称为漏源电容（输出电容）。

图1为UMOS芯片在感性负载下开通过程中漏电流和漏电压随时间的变化曲线。初始时刻，VG=0，VD=VDS（VDS为电源电压）。通过栅驱动电路对栅源电容和栅漏电容进行充电，则栅电压VG升高。当VG升至阈电压以上时ID开始增大，其后VD开始下降，最后VG升至栅驱动电路的电源电压VGS，开通过程结束。输入电容和密勒电容越大，电容的充放电时间常数也越大，充电时间越长，开通过程越慢。

图1开通过程

图2为UMOS芯片在感性负载下关断过程中漏电流和漏电压随时间的变化曲线。初始时刻，VG=VGS（VGS为栅驱动电路的电源电压），VD=VON（VON 为器件导通压降）。将栅极和源极短接，栅源电容放电，栅漏电容先放电后反向充电，首先VD开始上升，随后ID开始下降，最后VG降至阈电压Vth以下直至0，关断过程结束。输入电容和密勒电容越大，电容的充放电时间常数也越大，放电和反向充电时间越长，关断过程越慢。

所谓栅电荷，就是器件开通/关断过程中栅源电容和栅漏电容的充放电电荷，器件的栅电容越大（小），则相应的栅电荷也越大（小），器件的开关速度就越慢（快），开关损耗越大（小）。

图2关断过程

安全工作区：功率MOS能够安全、可靠地进行工作的电流和电压范围称为安全工作区（Safe Operation Area）。安全工作区由器件的最高耐压VDS，最大单次脉冲电流IDM，导通电阻制约电流和最大允许耗散功率PCM这四条曲线与电流-电压坐标轴围成的封闭区域决定。工作在这个区域内的器件，其功耗产生的热可以及时散发出去，结温不会超过最高允许工作结温，不会发生破坏性失效。