电力场效应晶体管MOSFET.ppt

电力电子及应用技术PowerElectronicsandapplicationtechnology2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(MetalOxideSemiconductorFET)简称电力MOSFET(PowerMOSFET)结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(StaticInductionTransistor——SIT)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。DATASHEET1)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(VerticalMOSFET)。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(VerticalDouble-diffusedMOSFET)。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2电力场效应晶体管(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。010203050402468a)**********b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/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:010203050402468a)**********b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A2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)RsRGRFRLiDuGSupiD信号+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf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——UGS>20V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