理解功率MOSFET的RDS(ON)溫度系數特性

通常，許多資料和教材都認為，MOSFET的導通電阻具有正的溫度系數，因此可以并聯(lián)工作。當其中一個(gè)并聯(lián)的MOSFET的溫度上升時(shí)，具有正的溫度系數導通電阻也增加，因此流過(guò)的電流減小，溫度降低，從而實(shí)現自動(dòng)的均流達到平衡。同樣對于一個(gè)功率MOSFET器件，在其內部也是有許多小晶胞并聯(lián)而成，晶胞的導通電阻具有正的溫度系數，因此并聯(lián)工作沒(méi)有問(wèn)題。但是，當深入理解功率MOSFET的傳輸特性和溫度對其傳輸特性的影響，以及各個(gè)晶胞單元等效電路模型，就會(huì )發(fā)現，上述的理論只有在MOSFET進(jìn)入穩態(tài)導通的狀態(tài)下才能成立，而在開(kāi)關(guān)轉化的瞬態(tài)過(guò)程中，上述理論并不成立，因此在實(shí)際的應用中會(huì )產(chǎn)生一些問(wèn)題，本文將詳細地論述這些問(wèn)題，以糾正傳統認識的局限性和片面性。

功率MOSFET傳輸特征
三極管有三個(gè)工作區：截止區、放大區和飽和區，而MOSFET對應的是關(guān)斷區、飽和區和線(xiàn)性區。MOSFET的飽和區對應著(zhù)三極管的放大區，而MOSFET的線(xiàn)性區對應著(zhù)三極管的飽和區。MOSFET線(xiàn)性區也叫三極區或可變電阻區，在這個(gè)區域，MOSFET基本上完全導通。

當MOSFET工作在飽和區時(shí)，MOSFET具有信號放大功能，柵極的電壓和漏極的電流基于其跨導保持一定的約束關(guān)系。柵極的電壓和漏極的電流的關(guān)系就是MOSFET的傳輸特性。

其中，μn為反型層中電子的遷移率，COX為氧化物介電常數與氧化物厚度比值，W和L分別為溝道寬度和長(cháng)度。

溫度對功率MOSFET傳輸特征影響
在MOSFET的數據表中，通?？梢哉业剿牡湫偷膫鬏斕匦?。注意到25℃和175℃兩條曲線(xiàn)有一個(gè)交點(diǎn)，此交點(diǎn)對應著(zhù)相應的VGS電壓和ID電流值。若稱(chēng)這個(gè)交點(diǎn)的VGS為轉折電壓，可以看到：在VGS轉折電壓的左下部分曲線(xiàn)，VGS電壓一定時(shí)，溫度越高，所流過(guò)的電流越大，溫度和電流形成正反饋，即MOSFET的RDS(ON)為負溫度系數，可以將這個(gè)區域稱(chēng)為RDS(ON)的負溫度系數區域。

圖1 MOSFET轉移特性

而在VGS轉折電壓的右上部分曲線(xiàn)，VGS電壓一定時(shí)，溫度越高，所流過(guò)的電流越小，溫度和電流形成負反饋，即MOSFET的RDS(ON)為正溫度系數，可以將這個(gè)區域稱(chēng)為RDS(ON)正溫度系數區域。

功率MOSFET內部晶胞的等效模型
在功率MOSFET的內部，由許多單元，即小的MOSFET晶胞并聯(lián)組成,在單位的面積上，并聯(lián)的MOSFET晶胞越多，MOSFET的導通電阻RDS(ON)就越小。同樣的，晶元的面積越大，那么生產(chǎn)的MOSFET晶胞也就越多，MOSFET的導通電阻RDS(ON)也就越小。所有單元的G極和S極由內部金屬導體連接匯集在晶元的某一個(gè)位置，然后由導線(xiàn)引出到管腳，這樣G極在晶元匯集處為參考點(diǎn)，其到各個(gè)晶胞單元的電阻并不完全一致，離匯集點(diǎn)越遠的單元，G極的等效串聯(lián)電阻就越大。