理解功率MOSFET的RDS(ON)溫度系數(shù)特性

通常，許多資料和教材都認(rèn)為，MOSFET的導(dǎo)通電阻具有正的溫度系數(shù)，因此可以并聯(lián)工作。當(dāng)其中一個(gè)并聯(lián)的MOSFET的溫度上升時(shí)，具有正的溫度系數(shù)導(dǎo)通電阻也增加，因此流過(guò)的電流減小，溫度降低，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的均流達(dá)到平衡。同樣對(duì)于一個(gè)功率MOSFET器件，在其內(nèi)部也是有許多小晶胞并聯(lián)而成，晶胞的導(dǎo)通電阻具有正的溫度系數(shù)，因此并聯(lián)工作沒(méi)有問(wèn)題。但是，當(dāng)深入理解功率MOSFET的傳輸特性和溫度對(duì)其傳輸特性的影響，以及各個(gè)晶胞單元等效電路模型，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，上述的理論只有在MOSFET進(jìn)入穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通的狀態(tài)下才能成立，而在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)化的瞬態(tài)過(guò)程中，上述理論并不成立，因此在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，本文將詳細(xì)地論述這些問(wèn)題，以糾正傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的局限性和片面性。

功率MOSFET傳輸特征
三極管有三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，而MOSFET對(duì)應(yīng)的是關(guān)斷區(qū)、飽和區(qū)和線性區(qū)。MOSFET的飽和區(qū)對(duì)應(yīng)著三極管的放大區(qū)，而MOSFET的線性區(qū)對(duì)應(yīng)著三極管的飽和區(qū)。MOSFET線性區(qū)也叫三極區(qū)或可變電阻區(qū)，在這個(gè)區(qū)域，MOSFET基本上完全導(dǎo)通。

當(dāng)MOSFET工作在飽和區(qū)時(shí)，MOSFET具有信號(hào)放大功能，柵極的電壓和漏極的電流基于其跨導(dǎo)保持一定的約束關(guān)系。柵極的電壓和漏極的電流的關(guān)系就是MOSFET的傳輸特性。

其中，μn為反型層中電子的遷移率，COX為氧化物介電常數(shù)與氧化物厚度比值，W和L分別為溝道寬度和長(zhǎng)度。

溫度對(duì)功率MOSFET傳輸特征影響
在MOSFET的數(shù)據(jù)表中，通?？梢哉业剿牡湫偷膫鬏斕匦浴Ｗ⒁獾?5℃和175℃兩條曲線有一個(gè)交點(diǎn)，此交點(diǎn)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的VGS電壓和ID電流值。若稱這個(gè)交點(diǎn)的VGS為轉(zhuǎn)折電壓，可以看到：在VGS轉(zhuǎn)折電壓的左下部分曲線，VGS電壓一定時(shí)，溫度越高，所流過(guò)的電流越大，溫度和電流形成正反饋，即MOSFET的RDS(ON)為負(fù)溫度系數(shù)，可以將這個(gè)區(qū)域稱為RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域。

圖1 MOSFET轉(zhuǎn)移特性

而在VGS轉(zhuǎn)折電壓的右上部分曲線，VGS電壓一定時(shí)，溫度越高，所流過(guò)的電流越小，溫度和電流形成負(fù)反饋，即MOSFET的RDS(ON)為正溫度系數(shù)，可以將這個(gè)區(qū)域稱為RDS(ON)正溫度系數(shù)區(qū)域。

功率MOSFET內(nèi)部晶胞的等效模型
在功率MOSFET的內(nèi)部，由許多單元，即小的MOSFET晶胞并聯(lián)組成,在單位的面積上，并聯(lián)的MOSFET晶胞越多，MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(ON)就越小。同樣的，晶元的面積越大，那么生產(chǎn)的MOSFET晶胞也就越多，MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(ON)也就越小。所有單元的G極和S極由內(nèi)部金屬導(dǎo)體連接匯集在晶元的某一個(gè)位置，然后由導(dǎo)線引出到管腳，這樣G極在晶元匯集處為參考點(diǎn)，其到各個(gè)晶胞單元的電阻并不完全一致，離匯集點(diǎn)越遠(yuǎn)的單元，G極的等效串聯(lián)電阻就越大。