半導體產(chǎn)品具有不同類(lèi)型的溫度系數。為了用好電阻或正向壓降及其隨溫度的變化等參數，設計師必須充分理解各種器件的溫度系數。

 

首先解釋一下正溫度系數和負溫度系數的區別。照例，維基百科對兩者的區別做出了很好的解釋。下面是一些基礎知識：

 

 

本文將討論流行的功率半導體的溫度系數及其在電路中的正確處理。維基百科對半導體溫度系數有權威描述。

 

 

半導體材料溫度的上升將使載流子濃度提高，這將導致更多數量的載流子復合，從而提高半導體的電導率。電導率的提高使半導體材料的電阻隨溫度的上升而減小，形成電阻的負溫度系數。

 

對于基礎半導體理論，特別是基于結點(diǎn)的器件，比如雙極結型晶體管（BJT）和二極管，這是完全正確的。然而，像MOSFET和IGBT等元件事實(shí)上有電阻性溝道，會(huì )影響溫度系數的行為。

 

在工程技術(shù)學(xué)校，半導體理論總是從半導體結點(diǎn)產(chǎn)生的具有不同p和n濃度的能隙開(kāi)始講起。通過(guò)將能量注入半導體，電子獲得熱能，進(jìn)而補充電子能量，這樣傳導時(shí)就要求更少的正向偏置電流。同樣，當阻斷電壓時(shí)，二極管結點(diǎn)的漏電流隨溫度上升而增加。在一個(gè)功率因子校正電路中我首次親眼看到一些600V硅肖特基二極管開(kāi)始碎裂。隨著(zhù)它們的快速擴張，波形呈熔巖燈式擴張。幸運的是，在危險發(fā)生之前我切斷了電路。只要提一下摩托羅拉不再開(kāi)展半導體業(yè)務(wù)就能夠理解了。下面來(lái)看圖吧。

 

從圖1中可以看出，正向電壓隨溫度上升而下降。正向電壓的這種改變是可預測的，因此經(jīng)常作為測量獨立器件結點(diǎn)溫度的一種方法。

 

圖1：正向電壓隨溫度上升而下降。

 

前面提到的溫度系數趨勢與硅有關(guān)。碳化硅（SiC）和氮化鍺（GaN）等較新材料的溫度變化與硅有很大區別。

 

至于MOSFET，它們有著(zhù)如圖所示的正溫度系數，其中的Rds(on)隨溫度上升而增加。這是由MOSFET基底本身的電阻和器件的厚度造成的。更厚的器件可以承受更高的電壓，因此具有更高的導通電阻。

 

圖2：導通電阻 vs 柵-源電壓。

 

MOSFET電阻隨溫度上升而增加并不全是壞事。它能幫助平衡并聯(lián)的MOSFET之間的電流，因為電流總是流向具有最小電阻的路徑。

 

IGBT其實(shí)是一種介于BJT和MOSFET之間的混合器件。IGBT的IG或絕緣柵極部分指的是觸發(fā)器件的MOSFET；BT指的是雙極晶體管（實(shí)際上是其中兩個(gè)），用于傳導大部分電流。從下面的IC與VCE圖中的IGBT曲線(xiàn)可以看出這一點(diǎn)，它不像MOSFET那樣提供基于電阻的圖形。注意斜率改變處的交叉點(diǎn)。

 

圖3：IC與VCE圖中的IGBT曲線(xiàn)。

 

銅具有正溫度系數，其電阻隨著(zhù)電流的增加而增加。下面是我從參考文獻中引用的一段文字，它對此進(jìn)行了很好的闡述：

 

“對導體而言，當溫度上升時(shí)電阻會(huì )增加，因為電子與振動(dòng)原子碰撞得更頻繁。這會(huì )減少電子的漂移速度（因此電流會(huì )減?。?。所以導體電阻具有正溫度系數。”

 

來(lái)自主要功率電路元件的溫度系數影響會(huì )提高或降低效率。此外，它們會(huì )改變元件的溫升。理解這些行為將有益于設計的可靠性和性能。

 

本文轉載自電子技術(shù)設計。