结电容对功率MOSFET关断特性的影响分析

摘 要：为了分析功率MOSFET关断特性，本文基于结电容的概念探讨了功率MOSFET关断过程的机理并推导了数学模型，表明了MOSFET关断过程存在“栅控”和“容控”两种控制模式；建立了功率MOSFET的Spice模型，仿真结果对数学模型进行了验证；设计了双脉冲实验，实验结果与模型和仿真结果一致。研究结论有助于器件设计优化和应用改善。

关键词：关断特性；结电容；Spice模型；双脉冲

1 引言

功率 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物场效应管 ) 作为开关器件在电力电子领域广泛应用，随着新能源技术的发展，第三代半导体技术的成熟，功率 MOSFET 迎来了快速发展的机会，但复杂多样的应用环境，各不相同的器件参数，给功率 MOSFET 设计和应用提出新的要求。功率 MOSFET 关断特性是器件应用的重要影响因素，在大功率、冷启动或者短路保护等应用中，由于电流较大，关断速度较快，常常出现严重的振荡，导致电磁干扰、性能降低甚至系统失效的问题 ^[1]。结电容是功率 MOSFET 内部寄生电容，与器件关断特性密切相关 ^[2]，基于结电容概念对功率 MOSFET 关断过程进行分析，建立 Spice 模型进行仿真，并设计了双脉冲实验进行验证。通过对结电容对功率 MOSFET 关断特性的影响进行分析，有利于设计和应用人员对器件特性的了解，有助于器件设计优化和应用改善。

2 功率MOSFET关断过程分析

分析过程中忽略了电容的非线性、寄生电感、跨导以及阈值电压等因素的影响，同时“栅控”和“容控”两种模式和电容之间的规律缺乏量化分析，问题将在后续工作中继续研究。

图7 关断电阻对关断过程的影响

图8 电感电流iL对关断过程的影响

参考文献：

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(注：本文转载自《电子产品世界》杂志2022年10月期)