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2017.06.08 Si功率元器件

所谓MOSFET-寄生电容及其温度特性

Si晶体管

继前篇的Si晶体管的分类与特征、基本特性之后,本篇就作为功率开关被广为应用的Si-MOSFET的特性作补充说明。

MOSFET的寄生电容

MOSFET在结构上存在下图所示的寄生电容。下图为N-ch MOSFET的例子,与P-ch的思路相同。这里谈的处理大功率的功率MOSFET,需要理解为限制使用频率和开关速度的参数。

MOSFET的栅极、漏极及源极通过栅极氧化膜被绝缘。另外,漏极-源极间借助衬底(Body/PCB板)形成PN结,存在寄生(Body)二极管。

下图的栅极-源极间电容Cgs及栅极-漏极间电容Cgd取决于栅极氧化膜的静电电容。另外,漏极-源极间电容Cds是寄生二极管的结电容。

si_2-2_capf

一般MOSFET的技术规格中与这些寄生电容相关的参数为表中的Ciss、Coss、Crss三项。在按静态特性与动态特性分别记述的技术规格中,是被分到动态特性中的。这些是影响开关特性的重要参数。

Ciss是输入电容,是栅极-源极间电容Cgs与栅极-漏极间电容Cgd相加的电容,是从输入端看的MOSFET整体的电容。要使MOSFET工作,需要驱动(充电)该电容,因此是探讨输入元件的驱动能力或损耗时的参数。Qg是驱动(充电)Ciss所需的电荷量。

Coss是输出电容,是漏极-源极间电容Cds与栅极-漏极间电容Cgs相加的电容,是输出端的整体电容。当Coss较大时,即使关断栅极,输出端也会有Coss引起的电流,直到输出完全关断是需要时间的。

Crss是栅极-漏极间电容Cgd本身,被称为“反馈电容”或“反向传输电容”。当Crss较大时,即使栅极导通,漏极电流上升慢,关断时下降变慢。也就是说,这是对开关速度影响较大的参数。Qgd是驱动(充电)Crss所需的电荷量。

另外,这些电容对漏极-源极间电压VDS具有依赖性。如图所示,当VDS增加时,电容值具有变小倾向。

MOSFET寄生电容的温度特性

Ciss、Coss、Crss对于温度影响几乎没有变化。因此,可以说开关特性几乎不受温度变化的影响。下面是实测例。

si_2-2_cap-temp

本篇介绍了MOSFET的动态特性之一寄生电容。下一篇计划介绍有关开关的内容。

关键要点:

・MOSFET存在寄生电容,寄生电容是影响开关特性的重要参数。

・寄生电容对于温度影响几乎无变化,因此开关特性几乎不受温度变化的影响。

活用Si(硅)功率器件特征的应用事例