結電容對功率MOSFET關(guān)斷特性的影響分析

摘 要：為了分析功率MOSFET關(guān)斷特性，本文基于結電容的概念探討了功率MOSFET關(guān)斷過(guò)程的機理并推導了數學(xué)模型，表明了MOSFET關(guān)斷過(guò)程存在“柵控”和“容控”兩種控制模式；建立了功率MOSFET的Spice模型，仿真結果對數學(xué)模型進(jìn)行了驗證；設計了雙脈沖實(shí)驗，實(shí)驗結果與模型和仿真結果一致。研究結論有助于器件設計優(yōu)化和應用改善。

關(guān)鍵詞：關(guān)斷特性；結電容；Spice模型；雙脈沖

1 引言

功率 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金屬氧化物場(chǎng)效應管 ) 作為開(kāi)關(guān)器件在電力電子領(lǐng)域廣泛應用，隨著(zhù)新能源技術(shù)的發(fā)展，第三代半導體技術(shù)的成熟，功率 MOSFET 迎來(lái)了快速發(fā)展的機會(huì )，但復雜多樣的應用環(huán)境，各不相同的器件參數，給功率 MOSFET 設計和應用提出新的要求。功率 MOSFET 關(guān)斷特性是器件應用的重要影響因素，在大功率、冷啟動(dòng)或者短路保護等應用中，由于電流較大，關(guān)斷速度較快，常常出現嚴重的振蕩，導致電磁干擾、性能降低甚至系統失效的問(wèn)題 ^[1]。結電容是功率 MOSFET 內部寄生電容，與器件關(guān)斷特性密切相關(guān) ^[2]，基于結電容概念對功率 MOSFET 關(guān)斷過(guò)程進(jìn)行分析，建立 Spice 模型進(jìn)行仿真，并設計了雙脈沖實(shí)驗進(jìn)行驗證。通過(guò)對結電容對功率 MOSFET 關(guān)斷特性的影響進(jìn)行分析，有利于設計和應用人員對器件特性的了解，有助于器件設計優(yōu)化和應用改善。

2 功率MOSFET關(guān)斷過(guò)程分析

分析過(guò)程中忽略了電容的非線(xiàn)性、寄生電感、跨導以及閾值電壓等因素的影響，同時(shí)“柵控”和“容控”兩種模式和電容之間的規律缺乏量化分析，問(wèn)題將在后續工作中繼續研究。

圖7 關(guān)斷電阻對關(guān)斷過(guò)程的影響

圖8 電感電流iL對關(guān)斷過(guò)程的影響

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(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)