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文档简介

2 电力场效应晶体管,分为结型和绝缘栅型 通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET) 简称电力MOSFET(Power MOSFET) 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction TransistorSIT),特点用栅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GTR。 电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。,电力场效应晶体管,2 电力场效应晶体管,电力MOSFET的种类 按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。 增强型对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道。 电力MOSFET主要是N沟道增强型。 DATASHEET,1)电力MOSFET的结构和工作原理,2 电力场效应晶体管,电力MOSFET的结构,是单极型晶体管。 导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别。 采用多元集成结构,不同的生产厂家采用了不同设计。,图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号,1 电力场效应晶体管,小功率MOS管是横向导电器件。 电力MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET)。 按垂直导电结构的差异,分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET)。 这里主要以VDMOS器件为例进行讨论。,电力MOSFET的结构,2 电力场效应晶体管,截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。 P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。 导电:在栅源极间加正电压UGS 当UGS大于UT时,P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电 。,图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号,电力MOSFET的工作原理,(1) 静态特性 漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性。 ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导Gfs。,图1-20 电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性,2)电力MOSFET的基本特性,2019/4/19,7,可编辑,2 电力场效应晶体管,截止区(对应于GTR的截止区) 饱和区(对应于GTR的放大区) 非饱和区(对应GTR的饱和区) 工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换。 漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通。 通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。,图1-20电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性,MOSFET的漏极伏安特性:,2 电力场效应晶体管,开通过程 开通延迟时间td(on) 上升时间tr 开通时间ton开通延迟时间与上升时间之和 关断过程 关断延迟时间td(off) 下降时间tf 关断时间toff关断延迟时间和下降时间之和,a,),b,),图1-21 电力MOSFET的开关过程 a) 测试电路 b) 开关过程波形 up脉冲信号源,Rs信号源内阻, RG栅极电阻, RL负载电阻,RF检测漏极电流,(2) 动态特性,2 电力场效应晶体管,MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度。 不存在少子储存效应,关断过程非常迅速。 开关时间在10100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。 场控器件,静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。 开关频率越高,所需要的驱动功率越大。,MOSFET的开关速度,2 电力场效应晶体管,3) 电力MOSFET的主要参数,电力MOSFET电压定额,(1) 漏极电压UDS,(2) 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM,电力MOSFET电流定额,(3) 栅源电压UGS, UGS20V将导致绝缘层击穿 。,除跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外还有:,(4) 极间电容,极间电容CGS、CGD和CDS,图1-42 电力电子器件分类“树”,本章小结,主要内容 全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。 集中讨论电力电子器件的驱动、保护

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