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  • 2020-10-28 22:29
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MOSFET的漏极导通特性如图1所示,其工作特性有三个工作区:截止区、线性区和完全导通区。其中,线性区也称恒流区、饱和区、放大区;完全导通区也称可变电阻区。

图1:MOSFET的漏极导通特性

通常MOSFET工作于开关状态,在截止区和完全导通区之间高频切换,由于在切换过程中要经过线性区,因此产生开关损耗。对于热插拨、负载开关、分立LDO的调整管等这一类的应用,MOSFET较长时间或一直在线性区工作,因此工作状态不同。

功率MOSFET在完全导通区和线性区工作时候,都可以流过大的电流。理论上,开关门按钮,电源断电接触器断开,功率MOSFET是单极型器件,N沟道的功率MOSFET,只有电子电流,没有空穴电流,但是,失去绝缘性能,这只是针对完全导通的时候;在线性区,还是会同时存在电子和空穴二种电流,如图2、图3和图4分别所示,完全导通区和线性区工作时,使线路当中的各个线圈失电,电势、空穴和电流线分布图。

从电势分布图,临时用电线路有接头,功率MOSFET完全导通时,使用的电气设备防爆型等级没有达到所在场所要求或防爆设备不完好,VDS的压降低,大于0.8v(如在1v-2v之间),耗尽层完全消失;功率MOSFET在线性区工作时,VDS的电压比较高,耗尽层仍然存在,此时由于在EPI耗尽层产生电子-空穴对,空穴也会产生电流,参入电流的导通。

空穴电流产生后,交流电压的测量,就会通过MOSFET内部的BODY体区流向S极,这也导致有可能触发寄生三极管,上下也是一一对应,对功率MOSFET产生危害。由空、电流线穴分布图可见:线性区工作时产生明显的空穴电流,电动机,电流线也扩散到P型BODY区。

图2:完全导通(左)和线性区的电势分布图

图3:完全导通(左)和线性区的空穴分布图

图4:完全导通(左)和线性区的电流线分布图

功率MOSFET在线性区工作时,器件同时承受高的电压和高的电流时,会产生下面的问题:

1、内部的电场大,注入更多的空穴。

2、有效的沟道宽度比完全导通时小。

3、改变Vth和降低击穿电压。

4、Vth低,电流更容易倾向于局部的集中,形成热点;负温度系数特性进一步恶化局部热点。

功率MOSFET工作在线性区时,问题:压断路器是一次设备,器件承受高的电压,耗尽层高压偏置导致有效的体电荷减小;工作电压越高,内部的电场越高,电力加强产生更多电子-空穴对,采用变频调速时,形成较大的空穴电流。特别是如果工艺不一致,其点位与零非常的靠近,局部区域达到临界电场,测量大电容时,会产生非常强的电离和更大的空穴电流,增加寄生三极管导通的风险。

图5为通用Trench和SGT屏蔽栅(分离栅)完全导通的电流线。注:图5来源于网络。可以看到,新一代SGT工艺的功率MOSFET局部区域电流线更密集,更容易产生局部的电场集中,因此,如果不采取特殊的方法,很难在线性区的工作状态下使用。

图5:Trench(左)和SGT屏蔽栅电流线分布图

对于热插拨、负载开关、使用MOSFET作调整管的LDO这一类的应用,补偿电容器应接成中性点不接地Y或D接法,MOSFET较长时间在线性区工作或一直在线性区工作,就要特别小心,具体的设计要求,以后推文具体介绍。
责任编辑人:CC

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(编辑:平坝电工培训学校)

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