什么是MOSFET  
   
        MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。  
         功率MOSFET的结构  
   
       

功率MOSFET的内部结构和电气符号如图所示，它可分为 NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图1可看出，对于N沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P 沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压(或称场电压)控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

         功率MOSFET的工作原理  
   
        截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。  
  导电：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面  
  当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。  
         功率MOSFET的基本特性  
   
            静态特性：          

其转移特性和输出特性如图2所示。

 
 

漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性，ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。

  MOSFET的漏极伏安特性（输出特性）：截止区（对应于GTR的截止区）；饱和区（对应于GTR的放大区）；非饱和区（对应于GTR的饱和区）。电力 MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。电力 MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。  
            动态特性：          

其测试电路和开关过程波形如图3所示。

 

td(on)导通延时时间——导通延时时间是从当栅源电压上升到10%栅驱动电压时到漏电流升到规定电流的10%时所经历的时间。

tr上升时间——上升时间是漏极电流从10%上升到90%所经历的时间。       iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。UGSP的大小和iD的稳态值有关，UGS达到UGSP后，在up作用下继续升高直至达到稳态，但iD已不变。    

开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和。

td(off)关断延时时间——关断延时时间是从当栅源电压下降到90%栅驱动电压时到漏电流降至规定电流的90%时所经历的时间。这显示电流传输到负载之前所经历的延迟。  
  tf下降时间——下降时间是漏极电流从90%下降到10%所经历的时间。  
  关断时间toff——关断延迟时间和下降时间之和。        
            理解MOSFET的几个常用参数                VDS，即漏源电压，这是MOSFET的一个极限参数，表示MOSFET漏极与源极之间能够承受的[敏感词]电压值。需要注意的是，这个参数是跟结温相关的，通常结温越高，该值[敏感词]。      RDS(on)，漏源导通电阻，它表示MOSFET在某一条件下导通时，漏源极之间的导通电阻。这个参数与MOSFET结温，驱动电压Vgs相关。在一定范围内，结温越高，Rds越大;驱动电压越高，Rds越小。      Qg，栅极电荷，是在驱动信号作用下，栅极电压从0V上升至终止电压(如15V)所需的充电电荷。也就是MOSFET从截止状态到完全导通状态，驱动电路所需提供的电荷，是一个用于评估MOSFET的驱动电路驱动能力的主要参数。      Id，漏极电流，漏极电流通常有几种不同的描述方式。根据工作电流的形式有，连续漏级电流及一定脉宽的脉冲漏极电流(Pulsed drain current)。这个参数同样是MOSFET的一个极限参数，但此[敏感词]电流值并不代表在运行过程中漏极电流能够达到这个值。它表示当壳温在某一值时，如果MOSFET工作电流为上述[敏感词]漏极电流，则结温会达到[敏感词]值。所以这个参数还跟器件封装，环境温度有关。      Eoss，输出容能量，表示输出电容Coss在MOSFET存储的能量大小。由于MOSFET的输出电容Coss有非常明显的非线性特性，随Vds电压的变化而变化。所以如果datasheet提供了这个参数，对于评估MOSFET的开关损耗很有帮助。并非所有的MOSFET手册中都会提供这个参数，事实上大部分datasheet并不提供。      Body Diode di/dt 体二极管的电流变化率，它反应了MOSFET体二极管的反向恢复特性。因为二极管是双极型器件，它受到电荷存储的影响，当二极管反向偏置时，PN结储存的电荷必须清除，上述参数正是反应这一特性的。      Vgs，栅源极[敏感词]驱动电压，这也是MOSFET的一个极限参数，表示MOSFET所能承受的[敏感词]驱动电压，一旦驱动电压超过这个极限值，即使在极短的时间内也会对栅极氧化层产生[敏感词]性伤害。一般来说，只要驱动电压不超过极限，就不会有问题。但是，某些特殊场合，因为寄生参数的存在，会对Vgs电压产生不可预料的影响，需要格外注意。      SOA，安全工作区，每种MOSFET都会给出其安全工作区域，不同双极型晶体管，功率MOSFET不会表现出二次击穿，因此安全运行区域只简单从导致结温达到[敏感词]允许值时的耗散功率定义。            
            功率MOSFET的选型原则                了解了MOSFET的参数意义，如何根据厂商的产品手册表选择满足自己需要的产品呢？可以通过以下四步来选择正确的MOSFET。  
  1） 沟道的选择     为设计选择正确器件的[敏感词]步是决定采用N沟道还是P沟道 MOSFET.在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟 道MOSFET,这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道 MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。       2） 电压和电流的选择      额定电压越大，器件的成本就越高。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或 总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOSFET不会失效。就选择MOSFET而言，必须确定漏极至源极间可能承受的[敏感词]电压，即[敏感词]VDS.设计工程 师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备（如电机或变压器）诱发的电压瞬变。不同应用的额定电压也有所不同；通常，便携式设备为20V、FPGA电源 为20~30V、85~220VAC应用为450~600V.  在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电 涌（或尖峰电流）流过器件。一旦确定了这些条件下的[敏感词]电流，只需直接选择能承受这个[敏感词]电流的器件便可。   
  3） 计算导通损耗     MOSFET器件的 功率耗损可由Iload2×RDS（ON）计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易 （较为普遍），而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS（ON）电阻会随着电流轻微上升。关于RDS（ON）电阻的各种电气参数变化可在制造商提供 的技术资料表中查到。       4） 计算系统的散热要求      设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这 个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最 大的结温。       开关损耗其实也是一个很重要的指标。导通瞬间的电压电流乘积相当大，一定程度上决定了器件的开关性能。不过，如果系统对开关性能要求比较高，可以选择栅极电荷QG比较小的功率MOSFET。