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| 編輯推薦： |
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李宏编著的《MOSFET\IGBT驱动集成电路及应用》内容介绍：电力电子技术是电工技术的重要分支，是当今世界各发达国家竞争的一个高技术领域。由于采用电力电子技术可以达到广泛的节能效果，实现生存环境及电网的绿色化，所以在人类日益面临能源危机、环境危机和人口危机等多重危机的时代，电力电子技术已经变得越来越重要，越来越受到各国政府的重视，与人们的日常生活越来越密不可分。
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| 內容簡介： |
《MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用》在简析电力MOSFET和IGBT的基本工作原理、内部结构、主要参数及其对驱动电路的要求的基础上，介绍电力MOSFET及IGBT的80多种集成驱动电路的基本特性和主要参数，重点讨论50多种电力MOSFET及IGBT栅极驱动电路的引脚排列、内部结构、工作原理、主要技术参数和应用技术。书中不但给出多种以这些驱动器集成电路为核心单元的典型电力电子变流系统专用驱动控制板的应用实例，而且对这些具体实例的电路工作原理、正常工作波形、技术参数和应用技术进行较为细致的讨论。这些实例均为作者研制，且已批量投入工程实际应用，极具实用性和代表性。
《MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用》是从事主功率器件为电力MOSFET和IGBT的电力电子变流设备及特种电源的设计、调试、安装和制造及研究开发的工程技术人员不可多得的实用参考书，亦适合高等院校电力电子及相关专业的广大师生参考。
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| 關於作者： |
李宏 1960年5月出生，陕西乾县人，西安石油人学教授，博士生副导师，中国电工技术学会电力电子学会理事，中国电工技术学会电气节能研究会理事，中国电源学会特种电源专业委员会常务委员，中国电工技术学会电力电子学会学术委员会委员，陕西省电源学会常务理事，西安石油大学学术委员会委员，《电力电子技术》、《电源技术应用》、《西安石油大学学报》、《现代电子技术》编委。
主要研究方向为电力电子技术、电气传动技术、特种电源技术及专用集成电路的开发和应用技术。获中国人民解放军空军科技进步三等奖1项。主持设计与电力电子有关的工程项目近300个，研制开发的电力电子成套装置1000多台套，运行于国内电力、冶金、化工、石油、机械、电子、核工业、军工等行业，并已出口到东南亚；开发的晶闸管、GTR、IGBT、MOSFET专用驱动控制板累计在全国销售35000多块。至今累计发表学术及工程技术性论文200多篇，出版了《电力电子设备用器件与集成电路应用指南》、《常片晶闸管触发器集成电路及应用》等数十部著作。
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| 目錄：
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第1章 电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
1.1 概述
1.2 电力场效应晶体管的基本结构和工作原理
1.3 电力场效应晶体管的基本特性
1.4 电力MOSFET的主要技术参数
1.5 电力MOSFET对驱动电路的要求
1.6 高速MOSFET驱动器设计中应考虑的问题
1.6.1 高速开关过程对驱动电路的要求
1.6.2 MOSFET开关过程的功率损耗
1.6.3 栅-源极有效电容的计算及驱动电流的确定
1.6.4 驱动电路方案的选择
第2章 电力场效应晶体管专用栅极驱动集成电路
2.1 概述
2.2 IR2101带有欠压封锁功能的半桥电力MOSFET驱动器
2.2.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.2.2 内部结构和工作原理
2.2.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
2.2.4 应用技术
2.3 IR2110具有两路输出的大电流桥臂电力MOSFET栅极驱动器
2.3.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.3.2 内部结构和工作原理
2.3.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
2.3.4 应用技术
2.4 IR2117单通道电力MOSFET栅极驱动器集成电路
2.4.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.4.2 内部结构和工作原理
2.4.3 主要设计特点和极限参数
2.4.4 应用技术
2.5 IR2125带电流限制的电力MOSFET栅极驱动器集成电路
2.5.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.5.2 内部结构和工作原理
2.5.3 主要设计特点和参数限制
2.5.4 应用技术
2.6 IR2133IR2135IR2233IR2235三相全桥中六个MOSFET的栅极驱动器集成电路
2.6.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.6.2 内部结构和工作原理
2.6.3 主要设计特点和参数限制
2.6.4 应用技术
2.7 TPS2832TPS2833停滞时间控制同步降压MOSFET栅极驱动器集成电路
2.7.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.7.2 内部结构和工作原理
2.7.3 主要设计特点和参数限制
2.7.4 应用技术
2.8 SI9976DY桥式MOSFET栅极驱动器集成电路
2.8.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.8.2 内部结构和工作原理
2.8.3 主要设计特点和参数限制
2.8.4 应用技术
2.9 UC3724UC3725隔离MOSFET栅极驱动器集成电路
2.9.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.9.2 内部结构和工作原理
2.9.3 主要设计特点和参数限制
2.9.4 应用技术
2.10 EL7202CEL7212CEL7222C高速双路电力MOSFET栅极驱动器集成电路
2.10.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.10.2 内部结构和工作原理
2.10.3 主要设计特点和参数限制
2.10.4 应用技术
2.11 HT04高压隔离MOSFET栅极驱动器集成电路
2.11.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.11.2 内部结构和工作原理
2.11.3 主要设计特点和参数限制
2.11.4 应用技术
2.12 TLP250光电隔离单MOSFET栅极驱动器集成电路
2.12.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.12.2 内部结构和工作原理
2.12.3 主要设计特点和参数限制
2.12.4 应用技术
2.13 MC34151MC33151MC34152MC33152高速双路电力MOSFET栅极驱动器集成电路
2.13.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.13.2 内部结构和工作原理
2.13.3 主要设计特点和参数限制
2.13.4 应用技术
2.14 MDC1100A具有集成门电路钳位的MOSFET关断器集成电路
2.14.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.14.2 内部结构和工作原理
2.14.3 主要设计特点和参数限制
2.14.4 应用技术
2.15 IRS21844带驱动信号封锁功能和死区时间设置的大电流半桥MOSFET驱动器
2.15.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.15.2 内部结构和工作原理
2.15.3 主要设计特点和参数限制
2.15.4 应用技术与典型应用举例
2.16 IRS2127带电流限制的单管MOSFET栅极驱动器集成电路
2.16.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.16.2 内部结构和工作原理
2.16.3 主要设计特点和参数限制
2.16.4 应用技术与典型应用举例
2.17 L6390高电压低端驱动器集成电路
2.17.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.17.2 内部结构和工作原理
2.17.3 主要设计特点和参数限制
2.17.4 应用技术与典型应用举例
2.18 TD352前置电力MOSFET驱动器集成电路
2.18.1 引脚排列、名称、功能和用法
2.18.2 内部结构和工作原理
2.18.3 主要设计特点和参数限制
2.18.4 应用技术与典型应用举例
第3章 电力MOSFET集成驱动器应用举例
3.1 概述
3.2 MTC3.1型电力MOSFET栅极驱动板
3.2.1 对外引线的排列、名称、功能及用法
3.2.2 电路构成及工作原理
3.2.3 主要设计特点和参数限制
3.2.4 应用技术
3.3 MTC3.2单相半桥电力MOSFET驱动板
3.3.1 对外引线的排列、名称、功能及用法
3.3.2 电路构成及工作原理
3.3.3 主要设计特点和参数限制
3.3.4 应用技术
3.4 MTC3.4电力MOSFET单相全桥驱动板
3.4.1 对外引线的排列、名称、功能及用法
3.4.2 电路构成及工作原理
3.4.3 主要设计特点和参数限制
3.4.4 应用技术
3.5 MTC3.6三相全桥电力MOSFET驱动板
3.5.1 对外引线的排列、名称、功能及用法
3.5.2 电路构成及工作原理
3.5.3 主要设计特点和参数限制
3.5.4 应用技术
第4章 绝缘栅控双极型晶体管的基本特性及对栅极驱动电路的要求
4.1 IGBT的基本结构和工作原理
4.1.1 基本结构
4.1.2 电路图形符号
4.1.3 工作原理
4.2 IGBT的基本特性
4.2.1 静态特性
4.2.2 动态特性
4.2.3 擎住效应
4.2.4 安全工作区
4.2.5 栅极特性
4.3 IGBT的主要技术参数
4.4 绝缘栅控双极型晶体管对驱动电路的要求
4.4.1 IGBT对栅极驱动的特殊要求
4.4.2 IGBT栅极驱动器应满足的条件
4.4.3 栅极串联电阻及栅极驱动电压的上升、下降速率
4.4.4 栅极驱动电路举例
第5章 绝缘栅控双极型晶体管栅极驱动控制专用集成电路
5.1 概述
5.2 HL401AIGBT厚膜集成驱动器
5.2.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.2.2 内部结构及工作原理
5.2.3 主要设计特点和参数限制
5.2.4 应用技术与典型应用举例
5.3 HL402AB具有自保护功能的IGBT厚膜驱动器集成电路
5.3.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.3.2 内部结构及工作原理
5.3.3 主要设计特点和参数限制
5.3.4 应用技术与典型应用举例
5.4 HL403AB可驱动600AIGBT模块的厚膜集成驱动器
5.4.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.4.2 内部结构及工作原理
5.4.3 主要设计特点和参数限制
5.4.4 应用技术及典型应用举例
5.5 UC1727UC2727UC3727隔离高端IGBT集成驱动器
5.5.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.5.2 内部结构及工作原理
5.5.3 主要设计特点和参数限制
5.5.4 应用技术与典型应用举例
5.6 HR065IGBT栅极驱动器集成电路
5.6.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.6.2 内部结构及工作原理
5.6.3 HR065的设计特点及与EXB系列电路的对照
5.6.4 应用技术与典型应用举例
5.7 EXB系列IGBT厚膜驱动器集成电路
5.7.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.7.2 内部结构及工作原理
5.7.3 主要设计特点和参数限制
5.7.4 应用技术
5.8 M57957LM57958L不含保护性能的IGBT厚膜驱动器集成电路
5.8.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.8.2 内部结构及工作原理
5.8.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
5.8.4 应用技术
5.9 M57959ALM57962ALM57959LM57962L带保护和定时复位的IGBT厚膜驱动器集成电路
5.9.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.9.2 内部结构及工作原理
5.9.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
5.9.4 应用技术
5.9.5 M57959L及M57962L
5.10 M57963L混合集成IGBT驱动器集成电路
5.10.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.10.2 内部结构及工作原理
5.10.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
5.10.4 应用技术
5.11 GH-038高速大容量IGBT栅极驱动器集成电路
5.11.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.11.2 内部结构及工作原理
5.11.3 主要设计特点和参数限制
5.11.4 应用技术
5.12 GH-039带有过电流保护功能的高速大容量IGBT厚膜驱动器集成电路
5.12.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.12.2 内部结构及工作原理
5.12.3 主要设计特点、参数限制和推荐工作条件
5.12.4 应用技术
5.13 SKHI21SKHI22性能优良的混合双IGBT驱动器集成电路
5.13.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.13.2 内部结构及工作原理
5.13.3 主要设计特点和参数限制
5.13.4 应用技术
5.14 IR21141IR22141带IGBT退饱和保护的半桥驱动集成电路
5.14.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.14.2 内部结构及工作原理
5.14.3 主要设计特点和参数限制
5.14.4 应用技术与典型应用举例
5.15 IR21381QIR22381Q带退饱和及软关断保护的三相桥式IGBT栅极驱动器集成电路
5.15.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.15.2 内部结构及工作原理
5.15.3 主要设计特点和参数限制
5.15.4 应用技术与典型应用举例
5.16 2SP0115T具有完善保护功能的隔离双路大电流IGBT栅极驱动器模块
5.16.1 各插座插针的排列、名称、功能和用法
5.16.2 内部结构及工作原理
5.16.3 主要设计特点和参数限制
5.16.4 应用技术与典型应用举例
5.17 1SC2060P大电流隔离单管驱动器
5.17.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.17.2 内部结构及工作原理
5.17.3 主要设计特点和参数限制
5.17.4 应用技术与典型应用举例
5.18 TLP358××系列光电隔离大电流驱动器集成电路
5.18.1 引脚排列、名称、功能和用法
5.18.2 内部结构及工作原理
5.18.3 主要设计特点和参数限制
5.18.4 应用中要特别注意的问题
第6章 IGBT栅极驱动器集成电路的具体应用举例
6.1 概述
6.2 IGC2.1型单管IGBT栅极驱动板
6.2.1 主要设计特点
6.2.2 内部结构和工作原理
6.2.3 主要电气参数和极限参数
6.2.4 应用技术和使用注意事项
6.3 IGC2.2型单相半桥IGBT栅极驱动板
6.3.1 主要设计特点
6.3.2 内部结构和工作原理
6.3.3 主要电气参数和极限参数
6.3.4 应用技术和使用注意事项
6.4 IGC2.4型单相全桥IGBT栅极驱动板
6.4.1 主要设计特点
6.4.2 内部结构和工作原理
6.4.3 主要电气参数和极限参数
6.4.4 应用技术和使用注意事项
6.5 IGC2.6型三相全桥IGBT栅极驱动板
6.5.1 主要设计特点
6.5.2 内部结构和工作原理
6.5.3 主要电气参数和极限参数
6.5.4 应用技术
6.6 IGC3.1T型单管大功率IGBT栅极驱动板
6.6.1 主要设计特点
6.6.2 内部结构和工作原理
6.6.3 主要电气参数和极限参数
6.6.4 应用技术
6.7 IGC3.2T型单相半桥大功率IGBT栅极驱动板
6.7.1 主要设计特点
6.7.2 内部结构和工作原理
6.7.3 主要电气参数和极限参数
6.7.4 应用技术
6.8 IGC3.4T型单相全桥大功率IGBT栅极驱动板
6.8.1 主要设计特点
6.8.2 内部结构和工作原理
6.8.3 主要电气参数和极限参数
6.8.4 应用技术
6.9 IGC3.6T型三相全桥大功率IGBT栅极驱动板
6.9.1 主要设计特点
6.9.2 内部结构和工作原理
6.9.3 主要电气参数和极限参数
6.9.4 应用技术
附录 电力电子变流设备介绍及选型
附录1 电力电子变流设备举例
附录2 电力电子变流设备控制板和电力电子器件驱动板选型指南
参考文献
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| 內容試閱：
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第1章 电力场效应晶体管的基本
特性及对驱动电路的要求
1.1 概述
自从电力电子技术成为独立学科五十多年来，世界各国在电力电子器件方面
的研究取得了突飞猛进的进展，极大地带动了电力电子变流设备的研制和应用，使
其向高效能化、绿色化、智能化和小型化等方面发展。其中尤其以电力场效应晶体
管与绝缘栅控双极型晶体管（IGBT）较为突出。
MOSFET是MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor（金属氧化物
半导体场效应晶体管）的缩写。电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型，但通常将
绝缘栅型的MOSFET型简称为电力MOSFET（PowerMOSFET）。其特点是用
栅?源极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工
作频率高，热稳定性优于电力晶体管（GiantTransistor，GTR），但限于材料及工艺
技术条件，目前电力MOSFET的电流容量小，耐压低，一般只适合在功率不超过
10kW的电力电子变流设备中使用。
电力场效应晶体管器件以其优异的高频和自均流性能在各种高频电力电子变
流设备中得到广泛应用，成为当代电力电子工程师所必须熟识的器件。本章主要
介绍电力MOSFET的基本特性及对驱动电路的要求。只有熟练掌握了电力
MOSFET的基本特性，才能知道驱动它们时应该注意的问题，并有助于理解驱动
集成电路的原理和使用方法。后续章节主要列举和介绍电力MOSFET的各种常
用驱动电路、驱动集成电路、驱动模块和驱动器的应用技术。
1.2 电力场效应晶体管的基本结构和工作原理
为了说明MOSFET的结构特点与工作原理，首先要说明场效应器件的基本结
构。图1.1示出了N沟道MOSFET的结构。由于输出电流是由栅极通过金属氧
化膜半导体系统进行控制的，所以这种结构称为MOS结构。在MOSFET中只有
一种载流子（N沟道时是电子，P沟道时是空穴）从源极S出发经漏极D流出。图
1.2示出了MOSFET的模拟结构，在栅?源极电压UGS＝0时，漏极与源极间的PN
结状态与普通二极管一样，为反向偏置状态，此时即使在漏?源极之间施加电压，也
不会造成P区内载流子的移动，即器件保持关断状态。我们把这种正常关断型的
第1章 电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
MOSFET称为增强型。其模拟结构如图1.2（a）所示
1μà
P
SGD
。
图1.1 N沟道MOSFET的基本结构
D
G
NPN
S
.eê.
...ˉ..
°.μ.ì.
aUGS=0
bUGS0cUGS0
G
D
NN
PS
G
D
NN
PS
图1.2 MOSFET的模拟结构
如果在栅极G与源极S之间加正向电压（UGS＞0），就会在栅极下面的硅表面
出现耗尽区，接着就出现了负电荷（电子），硅的表面从P型反型成N型，如图1.2
（b）所示，此时电子从源极移动到漏极形成漏极电流iD，我们把导电的反型层称作
沟道。如果在栅极与源极之间加反向电压（UGS＜0），则与上述情况相反，在栅极下
面的硅表面上因感应产生空穴，故没有iD电流流过，如图1.2（c）所示。
从图1.1中可以看出，传统的MOSFET结构是把源极、栅极及漏极安装在硅
片的同一侧面上，因而MOSFET中的电流是横向流动的，电流容量不可能太大。
要想获得大的功率处理能力，必须有很高的沟道长宽比（W／L），而沟道长度L受
基板和光刻工艺的限制不可能做得很小，所以只能增加管芯面积，这显然是不经济
的，甚至是难以实现的。
根据载流子的性质，MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型，它们的电路
图形符号分别如图1.3（a）与（b）所示，图中箭头表示载流子移动的方向。图1.3
（a）表示N沟道，电子流出源极；图1.3（b）表示P沟道，空穴流出源极。
2
1．2 电力场效应晶体管的基本结构和工作原理
G
D
S
G
D
S
aN1μàbP1μà
图1.3 N沟道和P沟道MOSFET的图形符号
电力MOSFET研究的目的主要是解决MOS器件的大电流、高电压问题，以
提高其功率处理能力。它既要保持MOS器件场控的优点，又要吸收GTR的长
处，因此其关键是如何既保留沟道又能实现垂直导电。由垂直导电结构组成的场
控晶体管称为VMOSFET（VerticalMOSFET），VMOSFET在传统的MOS器件
基础上做了下述三项重大改进：
①垂直地安装漏极，实现了垂直传导电流，将在原MOS结构中与源极和栅极
同时水平安装在硅片顶部的漏极改装在硅片的底面上，这样充分利用了硅片面积，
基本上实现了垂直传导漏?源极电流，降低了串联电阻值，为获得大电流容量提供
了前提条件。
②模仿GTR设置了高电阻率的N-型漂移区，不仅提高了器件的耐压容量，
而且降低了结电容，并使沟道长度稳定。
③采用双重扩散技术替代光刻工艺控制沟道长度，可以实现精确的短沟道，
降低沟道电阻值，提高了工作频率，并使输出特性具有良好的线性。
根据结构形式的不同，VMOSFET又分为VVMOSFET和VDMOSFET两种
基本类型。
（1）VVMOSFET
VVMOSFET结构形式是美国雷达半导体公司在1975年首先提出的，其结构
如图1.4所示，它是在N+型高掺杂浓度的硅片垫底上外延生长N-型漂移区，在
N-高阻漂移区内选择地扩散出P型沟道体区，再在P型沟道体区内选择地扩散
N+源区。利用各向异性腐蚀技术刻蚀出V形槽，槽底贯穿过P型体区。在V形
槽的槽壁处形成金属?氧化膜?半导体系统。N+型和N-型区共同组成器件的漏
区，漏区与体区的交界面是漏区PN结。体区与源区的交界面是源区PN结。由于
源区和体区总是被短路在一起由源极引线引出，因此源区PN结处于零偏置状态，
而漏区PN结处于反向偏置状态。当栅极上加以适当的电压时，由于表面电场效
应，就会在P型体区靠近V形槽壁的表面附近形成N型反型层，成为沟通源区和
漏区的导电沟道。这样电流从N+区源极出发，经过沟道流到N-漂移区，然后垂
直地流到漏极，首次改变了MOSFET电流沿表面水平方向流动的传统概念，实现
了垂直导电。这一从横到纵、从水平到垂直的改变是MOS功率器件的重大突破。
这一突破，为解决大电流技术难题奠定了基础。从结构上说，由于漏极是装在硅片
衬底上的，因此不仅充分利用了硅片面积，而且实现了垂直传导电流，可以获得大
3
第1章 电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
的电流容量。在器件中间设置的N-型高阻漂移区，不仅提高了耐压，还减少了栅
电容。双重扩散技术精确地控制了短沟道，从而使沟道电阻值降低，使VVMOSFET
的工作频率和开关速度大为提高。在芯片背面安装漏极可以做到高度集成
化，但是V形槽沟道的底部容易引起电场集中，故继续提高耐压能力有困难，为此
又将槽底改为平的，这种结构则称为V形槽MOSFET
S
G
N+N+
N+
D
PP
。
图1.4 VVMOSFET的结构
（2）VDMOSFET
垂直导电的双扩散MOS结构称为VDMOSFET，其典型结构如图1.5所示。
沟道部分是由同一扩散窗利用两次扩散形成的P型体区和N+型源区的扩散深度
差形成的，沟道长度可以精确控制。电流在沟道内沿表面流动，然后垂直地被漏极
吸收。由于漏极也是从硅片底部引出，所以可以高度集成化。漏?源极间施加电压
后，由于耗尽层的扩散使栅极下的MOSFET部分几乎保持在一定的电压下，因此
可使耐压提高。在这种结构的基础上，VDMOSFET在高集成度、高耐压、低反馈
电容和高速性能方面不断改进提高，出现了诸如TMOS、HEXFET、SIP?MOS、π?
MOS等一大批结构各异的新器件。它们采用新的结构图形把成千上万个MOSFET
单元并联连接，实现了大电流化
S
G
N+N+
N+
P
D
N+N+
1μàP
。
图1.5 VDMOSFET的结构
4
1．3 电力场效应晶体管的基本特性
1.3 电力场效应晶体管的基本特性
电力场效应晶体管的基本特性如下。
1．输出特性iD＝f（uDS）
在N沟道增强型VMOSFET中，当栅?源极电压uGS为负值时，栅极下面的P
型区呈现空穴的堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通源区与漏区。即使栅?源
极电压为正，但数值不够大时栅极下面的P型体区表面呈现耗尽状态，也不会出现
反型层，同样无法沟通源区与漏区。在这两种状态下，VMOSFET都处于截止状
态，即使加以漏极电压uDS，也没有漏极电流iD出现。只有当栅?源极间电压uGS达
到或超过强反型条件时，栅极下的P型体区表面才会发生反型，形成N型表面层
并把源区和漏区联系起来，使VMOSFET进入导通状态。栅?源极电压uGS越大，
反型层越厚（即沟道越宽），则漏极电流越大。可见漏极电流iD受栅?源极电压uGS
的控制，以栅?源极电压uGS为参变量反映漏极电流iD与漏?源极间电压uDS间关系
的曲线族称为VMOSFET的输出特性，如图1.6所示。输出特性分为三个区域，
可调电阻区Ⅰ、饱和区Ⅱ和雪崩区Ⅲ
iDUGS5
UGS4
UGS3
UGS2
UGS1
uDS0
。
图1.6 VMOSFET的输出特性iD＝f（uDS）
在可调电阻区Ⅰ，器件的电阻值是
变化的。因为一定的栅?源极电压对应
一定的沟道，由于沟道已经形成，只要
有很小的漏?源极电压uDS，就可以流过
一定的漏极电流iD。由于漏?源极电压
较小，它对沟道的影响可以忽略不计，
这样沟道宽度和沟道电子的迁移率几
乎不变，所以iD与uDS几乎呈线性关系。
当uDS较大后，情况有所不同：一方面随
着uDS的增加，靠近漏区一端的沟道要逐渐变窄；另一方面沟道电子将达到散射极
限，速度不继续增加。于是，尽管uDS继续增加，但iD增加缓慢，使沟道的有效阻值
逐渐增加，直至靠近漏区一端的沟道被夹断或沟道电子达到散射极限速度，才能使
沟道电子的运动摆脱沟道电场的影响，开始进入饱和区Ⅱ。此后漏极电流iD趋于
稳定不变，即特性曲线趋于与横轴平行。如以后继续增大漏?源极电压，当漏极PN
结发生雪崩击穿时，漏极电流iD突然剧增，曲线再次转折进入雪崩区Ⅲ，直至器件
损坏，在应用中应避免这种情况出现。
2．饱和特性
电力MOSFET的饱和特性如图1.7所示，由于电力MOSFET的通态电阻较
大，所以饱和压降也大。这是因为它不像GTR那样有超量存储电荷，它是单极型
器件，没有载流子的存储效应。为了降低通态电阻，在设计上要采取一些措施。以
5
第1章 电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
美国MOTOROLA公司的TMOS器件为例，其通态电阻Ron由四部分组成：反型
层沟道电阻rCH、栅?漏积聚区电阻rACC、FET夹断区电阻rJFET、轻掺杂漏极区电阻
rD，如图1.8所示。沟道电阻rCH随着沟道长度而增加，结的夹断电阻rJFET与外延
区电阻率和电极宽度成正比，与沟道宽度成反比。为了提高器件的耐压能力，要求
外延区电阻率要高、漏区要厚，其结果是rD增大，也使Ron增大。可见，对耐压和
Ron的要求是相互矛盾的，Ron随温度变化近似呈线性关系，如图1.9所示。图1.9
还表明，器件电压越高，Ron随温度变化越显著。在这样的温度条件下，器件额定电
压越高，其Ron值就越大
10
10
8
8
6
6
4
4
2
02
UGS=10V
iDA
5V
4V
3V
2V
uDSV
。
图1.7 电力MOSFET
N+
SG
PrCHrJFETP
rACC
rD
D
的饱和特性图1.8 TMOS器件的通态电阻Ron
2.0
1.8
1.8
1.4
1.2
1.0
255075100125150
100VMOSFET
60VMOSFET
Ron±ê...μ
Tj..
的组成
图1.9 Ron随温度变化的关系
3．转移特性
转移特性表示电力MOSFET的栅?源极输入电压uGS与漏极输出电流iD之间
的关系。图1.10中实线为增强型电力MOSFET的转移特性，虚线为耗尽型电力
MOSFET的转移特性，现在已商品化的电力MOSFET中增强型占主流。转移特
性表示电力MOSFET的放大功率，与GTR中的电流增益β相仿，由于电力MOSFET
是电压控制器件，因此用跨导这一参数来表示。
跨导gm定义为
gm＝ΔID／ΔUGS（1.1）
6
1．3 电力场效应晶体管的基本特性
式中，gm为跨导（S），表示转移特性曲线的斜率。
由于转移特性的非线性，gm与uGS的关系曲线也是非线性，图1.11为
MOTOROLA公司生产的MTP8N10型电力MOSFET器件在小信号下跨导与栅?
源极间所加电压uGS的关系曲线。测试条件为UDS＝15V、TC＝25℃。为提高gm，
除应提高单位管芯面积的沟道长宽比（W／L）外，还应具有良好的工艺，以保证电子
的有效表面迁移率和有效栅?源极限开关速度达到应有的水平
iD
0UGSthuGS
。
图1.10 MOSFET的转移特性
2
1
04681012uGSV
gmS
图1.11 跨导gm与栅?源极间所加电压
uGS的关系曲线
4．开关特性
电力MOSFET开关特性的测试电路如图1.12（a）所示，开关特性如图1.12
（b）所示。其中uP为矩形脉冲电压信号源，RS为信号源内阻，RG为栅极电阻，RL
为漏极负载电阻，RF用于检测漏极电流。
因为MOSFET存在输入电容Cin，所以当脉冲电压uP的前沿到来时，Cin有充
电过程，栅极电压uGS呈指数曲线上升，如图1.12（b）所示。当uGS上升到开启电压
UT时，开始出现漏极电流iD。从uP前沿时刻到uGS＝UT并开始出现iD的时刻，
这段时间称为开通延迟时间td（on）。此后，iD随uGS的上升而上升。uGS从开启电压
上升到MOSFET进入非饱和区的栅?源极电压UGS（th）这段时间称为上升时间tr，这
时相当于电力场效应晶体管的临界饱和，漏极电流iD也达到稳态值。iD的稳态值
由漏?源极电源电压UDS和漏极负载电阻所决定，UGS（th）的大小和iD的稳定值有关。
当uGS的值达到UGS（th），在脉冲信号源uP的作用下继续升高直至达到稳态，但iD已
不再变化，相当于电力MOSFET处于深度饱和。
当脉冲电压uP下降到0时，栅?源极输入电容Cin通过信号源内阻RS和栅极电
阻RG（冲RS）开始放电，栅?源极电压uGS按指数曲线下降，当下降到UGS（th）时，漏极
电流iD才开始减小，这段时间称为关断延迟时间td（off）。此后，Cin继续放电，uGS从
UGS（th）继续下降，iD减小，到uGS＜UT时沟道夹断，iD下降为0。
以上为电阻负载条件下，MOSFET开关特性的粗略分析。实际上，随负载为
电阻和电感的不同，开关过程根本不相同。下面按阻性和感性负载的区别详细分
7
第1章
uGS
uGS
UGSth
iDuDS
uDS
iD
0
0
t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t
t
c.aí¨ì.D.
iD
iD
RL
+UDS
RS
uP
RGuGSRFD..oiD
t0t1t2
tdontrtdofftf
uP
uGS
UT0
0
UGSth
0
t
t
t
a.a1.ì.D.2aê.μ..?b.a1.ì.D.
电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
图1.12 电力MOSFET的开关过程
析如下。
1）阻性负载的开关特性
（1）开通过程
MOSFET在t0时驱动［图1.12（c）］，输入电容Cin通过驱动电路的内阻RS充
电，栅?源极电压开始上升。与驱动电路的内阻RS相比，栅极电阻RG的影响可以
忽略。在t1时刻达到开启电压，MOSFET开始导通，栅?源极电压随着负载电阻上
压降的上升而下降。
漏极电流在t1~t2区间内是增加的。此时密勒电容较小，它因漏?源极电压的
变化而放电，由传输特性曲线可见漏?源极电压的增加。
在t2时，漏?源极电压uDS变得与栅?源极电压uGS相等，密勒电容的影响变得显
著。在t2~t3区间，MOSFET的作用像一个密勒积分器。也就是说，在栅?源极电
压保持恒定时，栅极充电电流流过密勒电容，这样导致了漏?源极电压进一步下降。
在t3时刻，漏?源极电压达到了由输出特性曲线决定的线性区的末端。
在t3~t4区间，输入电容Cin被充电直到等于所加的驱动电压，而且沟道电阻
8
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