功率 MOSFET 的特点、类别及应用

时间:2026-07-30
  功率 MOSFET(金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管)是一种没有少数载流子注入的多数载流子器件。这一特性使其在开关功率损耗占主导地位的高频应用中,相较于功率双极结晶体管(BJT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)具有显著优势。在高频环境下,功率 MOSFET 能够更高效地工作,减少能量损耗,提高系统的整体性能。
  功率 MOSFET 具有可并联的特性,这是因为它的正向电压会随温度升高而下降,从而确保所有组件之间的电流分布均匀。这种特性使得在需要高功率输出的应用中,可以通过并联多个功率 MOSFET 来满足需求,同时保证系统的稳定性和可靠性。
  功率 MOSFET 主要分为以下几种类别:N 沟道增强型功率 MOSFET、P 沟道增强型功率 MOSFET 以及 N 沟道耗尽型功率 MOSFET。
  N 沟道增强模式常用于电源开关电路。与 P 沟道器件相比,它具有更低的导通电阻。导通电阻低意味着在电流通过时产生的功率损耗更小,能够提高电源开关电路的效率,减少发热,延长设备的使用寿命。
  N 沟道耗尽型功率 MOSFET 与增强型功率 MOSFET 有所不同。它通常在 0V 栅极偏置时导通,并且需要负栅极偏置来阻止电流。这种特性使得 N 沟道耗尽型功率 MOSFET 在一些特定的电路设计中具有独特的应用价值。
  垂直 DMOS 结构是 N 沟道增强型功率 MOSFET 的一种典型结构,即具有四层 n+pn - n + 结构的简化垂直 DMOS 功率 MOSFET。其结构图如下所示:

  当正栅极电压 Vgs 大于栅极阈值电平 Vgs (th) 时,将在栅极氧化层下方创建一个 n 型反型沟道,源极连接到漏极并允许电流流动。栅极阈值电压是在栅极氧化层下创建 n 型反型沟道所需的栅极偏压。这一工作原理决定了功率 MOSFET 能够通过控制栅极电压来实现对电流的控制。
  功率 MOSFET 的内部结构中包含寄生 BJT 和本征体二极管。
  寄生 BJT 也是功率 MOSFET 结构的一部分。在这个寄生 BJT 中,体区作为基极,源极作为发射极,漏极作为集电极。为了保证功率 MOSFET 的正常工作,通过使基极电位尽可能接近发射极电位来保持 BJT 始终关闭非常重要。这通常通过将 MOSFET 的主体和源极部分短路来实现。否则,基极上的电位会打开 BJT 并使器件进入 “闩锁” 状态,从而损坏器件。

  体二极管是在连接在漏极和源极之间的体漏 pn 结中形成的。如上图所示 N 沟道和 P 沟道增强型功率 MOSFET 的电路符号。a 表示 N 沟道增强型功率 MOSFET,B 表示 P 沟道增强型功率 MOSFET。
  体二极管在需要反向漏极电流即续流电流路径的电路中非常方便。例如,在电机控制应用中的半桥和全桥转换器电路中,体二极管可以为反向电流提供通路,避免电路中出现电压尖峰,保护其他元件不受损坏。通过合理利用体二极管的这一特性,可以提高电路的可靠性和稳定性。

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