电力电子技术：MOSFET动态特性和参数详解

电力电子技术的第五讲第二章深入探讨了功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的基本原理和动态特性。MOSFET是一种广泛应用于电力电子系统中的功率半导体器件，其工作原理基于电压控制下的电荷载流子（通常是电子）传输。 在MOSFET的开关过程中，关键的动态参数包括： 1. **输入电容** (Cin): 包括栅-源电容CGS和栅-漏电容CGD。当驱动脉冲电压作用时，这些电容会经历充电过程，导致栅极电压uGS以指数形式上升，形成一个典型的开关波形，如图2-29所示。 2. **开通延迟时间** (td(on)): 从驱动脉冲前沿到漏极电流iD达到稳态电流10%的时间段，表示功率MOSFET从关闭状态到开始导通的过程。 3. **电流上升时间** (tri): 从uGS达到开启电压UT到iD达到90%稳态电流的时间，反映了电流快速建立的过程，此时uGS处于正向电阻区的栅压UGSP。 4. **电压下降时间** (tfv): 当uDS开始下降并达到导通压降时，MOSFET进入稳态导通，这个阶段的时间长度就是电压下降时间。 5. **开通时间** (ton): 是所有上述时间的总和，ton=td(on)+tri+tfv，代表了MOSFET从开通到稳定导通的全过程。 6. **关断过程**: - **关断延迟时间** (td(off))：当驱动脉冲电压下降至零时，Cin通过栅极电阻放电，uGS指数下降，直到回到UGSP。 - **电压上升时间** (trv)：uDS随着uGS的下降开始上升，iD减小，直到uDS等于输入电压。 - **电流下降时间** (tfi)：从uGS低于UT时，MOSFET沟道消失，iD进一步减小到10%稳态电流。 7. **关断时间** (toff): 定义为关断延迟时间、电压上升时间和电流下降时间之和，toff=td(off)+trv+tfi，描述了MOSFET从导通到完全关闭的过程。 这些参数对电力电子设备的性能和效率有着重大影响，理解并控制它们对于设计高效、可靠的电力电子电路至关重要。MOSFET因其低损耗、高开关速度和良好的线性特性，在变频器、电机控制、电源转换等应用中扮演着核心角色。