功率场效应晶体管

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1-,*,第三章,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,）,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,1,第三章,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,。,1）电力,MOSFET,的结构和工作原理,2,第三章,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,3,2.3,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,4,2.3,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,J,1,反偏，漏源极之间无电流流过。,导电,：,在栅源极间加正电压,U,GS,当,U,GS,大于,U,T,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,J,1,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,5,2.3,电力场效应晶体管,(1),静态特性,漏极电流,I,D,和栅源间电压,U,GS,的关系称为,MOSFET,的,转移特性,。,I,D,较大,时，,I,D,与,U,GS,的关系近似线性，曲线的斜率定义为,跨导,G,fs,。,0,10,20,30,50,40,2,4,6,8,a),10,20,30,50,40,0,b),10,20,30,50,40,饱和区,非,饱,和,区,截止区,I,D,/,A,U,T,U,GS,/,V,U,DS,/,V,U,GS,=,U,T,=3V,U,GS,=4V,U,GS,=5V,U,GS,=6V,U,GS,=7V,U,GS,=8V,I,D,/,A,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,6,2.3,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,：,0,10,20,30,50,40,2,4,6,8,a),10,20,30,50,40,0,b),10,20,30,50,40,饱和区,非,饱,和,区,截止区,I,D,/,A,U,T,U,GS,/,V,U,DS,/,V,U,GS,=,U,T,=3V,U,GS,=4V,U,GS,=5V,U,GS,=6V,U,GS,=7V,U,GS,=8V,I,D,/,A,7,2.3,电力场效应晶体管,开通过程,开通延迟时间,t,d(on),上升时间,t,r,开通时间,t,on,开通延迟时间与上升时间之和,关断过程,关断延迟时间,t,d(off),下降时间,t,f,关断时间,t,off,关断延迟时间和下降时间之,和,a,）,b,),R,s,R,G,R,F,R,L,i,D,u,GS,u,p,i,D,信号,+,U,E,i,D,O,O,O,u,p,t,t,t,u,GS,u,GSP,u,T,t,d,(on),t,r,t,d,(off),t,f,图,1-21,电力,MOSFET,的开关过程,a) 测试电路 b) 开关过程波形,u,p,脉冲信号源，,R,s,信号源内阻，,R,G,栅极电阻，,R,L,负载电阻，,R,F,检测漏极电流,(2),动态特性,8,2.3,电力场效应晶体管,MOSFET,的开关速度,和,C,in,充放电有很大关系。,可降低驱动电路内阻,R,s,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,9,2.3,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,U,DS,(2),漏极直流电流,I,D,和漏极脉冲电流幅值,I,DM,电力,MOSFET,电流定额,(3),栅源电压,U,GS,U,GS,20V,将导致绝缘层击穿,。,除跨导,G,fs,、开启电压,U,T,以及,t,d(on),、,t,r,、,t,d(off),和,t,f,之外还有：,(4),极间电容,极间电容,C,GS,、,C,GD,和,C,DS,10,