电力场效应晶体管(MOSFET).ppt

电力电子及应用技术 Power Electronics and application technology 2 电力场效应晶体管分为结型结型和绝缘栅型绝缘栅型通常主要指绝缘栅型绝缘栅型中的 MOS MOS 型型( ( Metal Oxide Metal Oxide Semiconductor FET Semiconductor FET ) ) 简称电力简称电力 MOSFET MOSFET ( ( Power MOSFET Power MOSFET ) ) 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管( ( Static Induction Transistor Static Induction Transistor ———— SIT 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电力 MOSFET MOSFET 的种类的种类按导电沟道可分为按导电沟道可分为 P P沟道沟道和和N N沟道沟道。。耗尽型耗尽型————当栅极电压为零时漏源极之间就存在导当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。电沟道。增强型增强型————对于对于 N N( (P P )沟道器件,栅极电压大于)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道。(小于)零时才存在导电沟道。电力电力 MOSFET MOSFET 主要是主要是 N N沟道增强型沟道增强型。。 DATASHEET DATASHEET 1)电力 MOSFET 的结构和工作原理 2 电力场效应晶体管电力电力 MOSFET MOSFET 的结构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。 N + GS D P 沟道 b) N +N - SGD PP N + N +N + 沟道 a) GS D N 沟道图1-19 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截止: :漏源极间加正电源漏源极间加正电源, ,栅源极间电压为零栅源极间电压为零。。–– P P 基区与基区与 N N 漂移区之间形成的漂移区之间形成的 PN PN 结结J J 1 1 反偏,漏源极之间无电流反偏,漏源极之间无电流流过。流过。导电导电: :在栅源极间加正电压在栅源极间加正电压 U U GS GS ––当当U U GS GS 大于大于 U U T T 时, 时, P P 型半导体反型成型半导体反型成 N N 型而成为型而成为反型层反型层,该反,该反型层形成型层形成 N N沟道而使沟道而使 PN PN 结结J J 1 1消失,漏极和源极导电消失,漏极和源极导电。。 N + GS D P 沟道 b) N +N - SGD PP N + N +N + 沟道 a) GS D N 沟道图1-19 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) (1) 静态特性静态特性漏极电流漏极电流 I I D D和栅源间电压和栅源间电压 U U GS GS的关系称为的关系称为 MOSFET MOSFET 的的转移特性转移特性。。 I I D D较大时, 较大时, I I D D与与U U GS GS的关系的关系近似线性,曲线的斜率定近似线性,曲线的斜率定义为义为跨导跨导 G G fs fs。。 0 10 20 30 50402468 a) 10 20 30 50400b) 10203050 40 饱和区非饱和区截止区 I D/ AU TU GS/ VU 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 2 电力场效应晶体管截止区截止区