功率半導體器件分析及功率MOS管主要參數-KIA MOS管

功率半導體器件

電力電子器件（Power Electronic Device），又稱(chēng)為功率半導體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數十至數千安，電壓為數百伏以上)電子器件。

可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結構和原理簡(jiǎn)單，工作可靠；

還可以分為電壓驅動(dòng)型器件和電流驅動(dòng)型器件，其中GTO、GTR為電流驅動(dòng)型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅動(dòng)型器件。

功率半導體器件是集成電路一個(gè)非常重要的組成部分，市場(chǎng)空間有400多億美元，從大方面講有200多億美元是功率IC，還有100多億是功率器件。

手機充電器，手機當中都會(huì )有功率器件。功率器件主要的部分，體量比較大的是IGBT。把IGBT、VDMOS做好，就是一個(gè)很好的硬件廠(chǎng)商。

IGBT模塊是雙子器件，它的特點(diǎn)是頻率低一點(diǎn)，但是能量密度稍微大一點(diǎn)。所以像在新能源汽車(chē)，軌道交通應用得更廣泛。

功率半導體器件優(yōu)缺點(diǎn)

電力二極管：結構和原理簡(jiǎn)單，工作可靠。

晶閘管：承受電壓和電流容量在所有器件中最高。

IGBT：開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動(dòng)，驅動(dòng)功率小；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO。

GTR：耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅動(dòng)，所需驅動(dòng)功率大，驅動(dòng)電路復雜，存在二次擊穿問(wèn)題。

GTO：電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導調制效應，其通流能力很強；缺點(diǎn)：電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門(mén)極負脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅動(dòng)功率大，驅動(dòng)電路復雜，開(kāi)關(guān)頻率低。

電力MOSFET：開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩定性好，所需驅動(dòng)功率小且驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題；缺點(diǎn)：電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。

制約因素：耐壓，電流容量，開(kāi)關(guān)的速度。

功率MOS管主要參數

功率MOS管主要參數

V(BR)DSS：漏-源擊穿電壓(破壞電壓)

V(BR)DSS（有時(shí)候叫做VBDSS）是指在特定的溫度和柵源短接情況下，流過(guò)漏極電流達到一個(gè)特定值時(shí)的漏源電壓。這種情況下的漏源電壓為雪崩擊穿電壓。

V(BR)DSS 是正溫度系數，溫度低時(shí)V(BR)DSS小于25℃時(shí)的漏源電壓的最大額定值。在-50℃, V(BR)DSS大約是25℃時(shí)最大漏源額定電壓的90%。

VGS(th)，VGS(off)：閾值電壓

VGS(th) 是指加的柵源電壓能使漏極開(kāi)始有電流，或關(guān)斷MOSFET時(shí)電流消失時(shí)的電壓，測試的條件（漏極電流，漏源電壓，結溫）也是有規格的。

正常情況下，所有的MOS柵極器件的閾值電壓都會(huì )有所不同。因此，VGS(th)的變化范圍是規定好的。VGS(th)是負溫度系數，當溫度上升時(shí)，MOSFET將會(huì )在比較低的柵源電壓下開(kāi)啟。

RDS(on)：導通電阻

RDS(on) 是指在特定的漏電流（通常為ID電流的一半）、柵源電壓和25℃的情況下測得的漏-源電阻。

IDSS：零柵壓漏極電流

IDSS 是指在當柵源電壓為零時(shí)，在特定的漏源電壓下的漏源之間泄漏電流。既然泄漏電流隨著(zhù)溫度的增加而增大，IDSS在室溫和高溫下都有規定。漏電流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之間的電壓計算，通常這部分功耗可以忽略不計。

IGSS -柵源漏電流

IGSS是指在特定的柵源電壓情況下流過(guò)柵極的漏電流。

Ciss：輸入電容

將漏源短接，用交流信號測得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。Ciss是由柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs并聯(lián)而成，或者Ciss = Cgs +Cgd。

當輸入電容充電致閾值電壓時(shí)器件才能開(kāi)啟，放電致一定值時(shí)器件才可以關(guān)斷。因此驅動(dòng)電路和Ciss對器件的開(kāi)啟和關(guān)斷延時(shí)有著(zhù)直接的影響。

Coss：輸出電容

將柵源短接，用交流信號測得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容Cds和柵漏電容Cgd并聯(lián)而成，或者Coss = Cds +Cgd對于軟開(kāi)關(guān)的應用，Coss非常重要，因為它可能引起電路的諧振。

Crss：反向傳輸電容

在源極接地的情況下，測得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。

反向傳輸電容等同于柵漏電容。Cres =Cgd，反向傳輸電容也常叫做米勒電容，對于開(kāi)關(guān)的上升和下降時(shí)間來(lái)說(shuō)是其中一個(gè)重要的參數，他還影響這關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。

電容隨著(zhù)漏源電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。

Qgs,Qgd,和Qg：柵電荷柵電荷值反應存儲在端子間電容上的電荷，既然開(kāi)關(guān)的瞬間，電容上的電荷隨電壓的變化而變化，所以設計柵驅動(dòng)電路時(shí)經(jīng)常要考慮柵電荷的影響。

td(on)：導通延時(shí)時(shí)間

導通延時(shí)時(shí)間是從當柵源電壓上升到10%柵驅動(dòng)電壓時(shí)到漏電流升到規定電流的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。

td(off)：關(guān)斷延時(shí)時(shí)間

關(guān)斷延時(shí)時(shí)間是從當柵源電壓下降到90%柵驅動(dòng)電壓時(shí)到漏電流降至規定電流的90%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。這顯示電流傳輸到負載之前所經(jīng)歷的延遲。

tr：上升時(shí)間

上升時(shí)間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。

tf：下降時(shí)間

下降時(shí)間是漏極電流從90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間。

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