Grundkenntnisse über Transistoren

Parasitäre Kapazität und Temperatureigenschaften von MOSFETs

Parasitäre Kapazität

Wie in Abbildung 1 gezeigt, tritt parasitäre Kapazität in Leistungs-MOSFETs auf.

Parasitärkapazität, manchmal auch Streukapazität genannt, ist hierbei unvermeidlich und in der Regel auch unerwünscht. Sie tritt auf zwischen den Teilen eines elektronischen Bauteils oder Schaltkreises auf, einfach weil diese zu nahe nebeneinander liegen. Mit Kapazität wird die Fähigkeit eines System bezeichnet, elektrische Aufladung zu speichern.

Der Gate-Anschluss ist bei einem MOSFET von den anderen Anschlüssen durch eine Oxidschicht getrennt, wodurch zwischen Gate, Drain und Source PN-Sperrschichten (Diode) gebildet werden. C_gs und C_gd sind die Kapazitäten der Oxidschicht, während C_ds durch die Sperrschichtkapazität der internen Diode bestimmt wird.

Für gewöhnlich sind alle drei in Tabelle 1 aufgeführten Kapazitäten (C_iss,C_oss,C_rss) in MOSFETs vorhanden.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, können die Kapazitätseigenschaften möglicherweise von V_DS (Drain-Source-Spannung) abhängen. Nimmt V_DS zu, verringert sich die Kapazität.

Temperatureigenschaften

Beispiele für Temperaturmessungen sind in Abbildung 3 (1)-(3) dargestellt.
Verschiedene Temperaturen haben nahezu keinen Einfluss auf die Kapazitätseigenschaften.

Umschalt- und Temperatureigenschaften von MOSFETs

Schaltzeit von MOSFETs

Der MOSFET schaltet auf EIN oder AUS, nachdem ein gewisser Zeitraum nach Anlegen/Trennen der Gate-Spannung verstrichen ist. Dieser Zeitraum wird häufig als Schaltzeit bezeichnet. In Tabelle 1 werden verschiedene Schaltzeiten aufgeführt. In der Regel werden t_d(on), t_F, t_d(off) und t_r angegeben. ROHM bestimmt die Richtwerte mithilfe eines Messschaltkreises, wie er in Abbildung 2 dargestellt ist.

Temperatureigenschaften

Beispiele für Messungen sind in Abbildung 3 (1)-(4) dargestellt.
Die Schaltzeit wird nur in geringem Maße durch die Temperatur beeinflusst – in der Größenordnung von 10 %bei 100 °C. Das bedeutet, dass die Schalteigenschaften weitgehend unabhängig von der Temperatur sind.

V_GS-Schwelle: V_GS(th)

V_GS(th)

V_GS(th) ist die Spannung, die zwischen Gate und Source nötig ist, um den MOSFET einzuschalten.
Anders ausgedrückt schaltet eine Spannung, die höher ist als V_GS(th) den MOSFET ein.
Um die Stärke des Stroms zu bestimmen, der im eingeschalteten Zustand durch den MOSFET fließt, müssen die technischen Daten und elektrischen Eigenschaften des Bauelements mit einbezogen werden.

In Tabelle 1 werden die relevanten elektrischen Eigenschaften aufgeführt. Ist V_DS = 10 V, so wird für ein I_D von 1 mA eine Schwellenspannung zwischen 1,0 V und 2,5 V benötigt.

Tabelle 1: Elektrische Eigenschaften

I_D-V_GS und Temperatureigenschaften

Beispiele für I_D-V_GS und Schwellenwert-Temperatur-Eigenschaften werden in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt.
Aus Abbildung 1 geht hervor, dass für einen starken Stromfluss eine hohe Gate-Spannung notwendig ist.
Obwohl die in Tabelle 1 aufgeführten Modelle einen Schwellenwert unter 2,5 V aufweisen, wird eine Spannung von 4 V empfohlen.
Zum Einschalten des MOSFET, muss eine ausreichende Gate-Spannung sichergestellt werden.

Abbildung 2 zeigt, dass der Schwellenwert proportional zur Temperatur abnimmt.
Daher kann die Temperatur des Kanals des Bauelements berechnet werden, indem die Änderung der Schwellenspannung nachvollzogen wird.