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MOSFET 功率模块的开关特性

MOSFET 功率模块的开关特性(开关速度,开关损耗)是由它的内部结构、内部的寄生电容和内部和外接的电阻所决定的。在理想状态我们只需要一个零功率的电压信号加在MOSFET 的基极,就可以启动开关。但在实际中在元器件内部电容存储的电荷必须释放,所以需要一个相同开关频率的驱动功率信号。另外,换流过程也受到寄生电感的影响。寄生电感存在于模块的端口回路中以及模块内部,以及连接晶体管芯片的连接线中。寄生电感所感应的瞬间过电压可能会和同晶体管内部的电容产生震荡。
MOSFET 模块的内部电容和电阻对模块开关特性的影响可以用下面说明来定性:
在MOSFET 被关断时,电容CGD 很小,约等于电容CDS。在导通状态时,一旦栅极-源极的电压超过漏极-源极的电压,在栅极下的增强层扩大,电容CGD 将快速增大。在大多数的数据文件(3.4.3 章)中给出了,关断的晶体管的小信号电容Ciss, Crss 和Coss。
功率MOSFET 内电容的定义
然而,这些参数只能有限制的被用来计算开关特性。原因在论述IGBT 已经阐述。MOSFET 的开关特性可以被看成只有感性电阻负载的硬性开通和关断。也就是说,负载的时间常数L/R 远比开关的周期1/f 要大。图2.4.19 给出了漏极电流和漏极-源极电压的波形,可以参考前面的关于IGBT 的论述。除了晶体管和二极管的非理想性特性的影响,电流回路中一些被动元器件也会对功耗和工作点的移动造成很大影响。
IGBT 和MOSEFT 在硬开关时的典型特性曲线 (电流和电压波形)

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