电力电子器件-场效应管

1、1.4.3 1.4.3 电力场效应晶体管电力场效应晶体管分为分为结型结型和和绝缘栅型绝缘栅型（类似小功率（类似小功率Field Effect TransistorFET）但通常主要指但通常主要指绝缘栅型绝缘栅型中的中的MOS型（型（Metal Oxide Semiconductor FET）简称电力简称电力MOSFET（Power MOSFET）结型电力场效应晶体管一般称作结型电力场效应晶体管一般称作静电感应静电感应晶体管晶体管（Static Induction TransistorSIT） 1. 电力电力MOSFET的结构和工作原理的结构和工作原理 电力电力MOSFET的种类的种类 按导电沟

2、道可分为按导电沟道可分为P沟道沟道和和N沟道沟道 耗尽型耗尽型当栅极电压为零时漏源极之间当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道就存在导电沟道增强型增强型对于对于N（P）沟道器件，栅极电）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道压大于（小于）零时才存在导电沟道 电力电力MOSFET主要是主要是N沟道增强型沟道增强型 特点特点用栅极电压来控制漏极电流用栅极电压来控制漏极电流驱动电路简单，需要的驱动功率小驱动电路简单，需要的驱动功率小开关速度快，工作频率高开关速度快，工作频率高热稳定性优于热稳定性优于GTR电流容量小，耐压低，一般只适用于功率电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过不超过

3、10kW的电力电子装置的电力电子装置 小功率小功率MOSMOS管是横向导电器件。管是横向导电器件。电力电力MOSFETMOSFET大都采用垂直导电结构，又称为大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFETVMOSFET（Vertical MOSFETVertical MOSFET）。）。按垂直导电结构的差异，分为利用按垂直导电结构的差异，分为利用V V型槽实现型槽实现垂直导电的垂直导电的VVMOSFETVVMOSFET和具有垂直导电双扩散和具有垂直导电双扩散MOSMOS结构的结构的VDMOSFETVDMOSFET（Vertical Double-Vertical Double-diffused M

4、OSFETdiffused MOSFET）。）。这里主要以这里主要以VDMOSVDMOS器件为例进行讨论。器件为例进行讨论。电力电力MOSFET的结构的结构 电力电力MOSFETMOSFET的结构（的结构（显示图显示图） N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-192. 电力电力MOSFET的基本特性的基本特性1) 静态特性静态特性转移特性转移特性, 曲线的斜率定义为跨导曲线的斜率定义为跨导Gfs 2) 动态特性动态特性a）b)图1-21RsRGRFRLiDuGSupiD信号+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf 开通

5、过程（开通过程（开关过程图开关过程图）开通延迟时间开通延迟时间td(on) up前沿时刻到前沿时刻到uGS=UT并开始并开始出现出现iD的时刻间的时间段的时刻间的时间段上升时间上升时间tr uGS从从uT上升到上升到MOSFET进入非饱和进入非饱和区的栅压区的栅压UGSP的时间段的时间段iD稳态值由漏极电源电压稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定和漏极负载电阻决定UGSP的大小和的大小和iD的稳态值有关的稳态值有关UGS达到达到UGSP后，在后，在up作用下继续升高直至达到稳作用下继续升高直至达到稳态，但态，但iD已不变已不变 开通时间开通时间ton开通延迟时间与上升时间之和开通延迟时间

6、与上升时间之和 关断关断过程过程关断延迟时间关断延迟时间t td(off)d(off) u up p下降到零起，下降到零起，C Cinin通过通过R Rs s和和R RG G放电，放电，u uGSGS按指数曲线下降到按指数曲线下降到U UGSPGSP时，时，i iD D开始减小的时间开始减小的时间段段下降时间下降时间t tf f u uGSGS从从U UGSPGSP继续下降起，继续下降起，i iD D减小，到减小，到u uGSGS 20V将导致绝缘层击穿将导致绝缘层击穿4) 极间电容极间电容 极间电容极间电容CGS、CGD和和CDS 厂家提供：漏源极短路时的输入电容厂家提供：漏源极短路时的输入电容Ciss、共、共 源极输出电容源极输出电容Coss和反向转移电容和反向转移电容Crss Ciss= CGS+ CGD （1-14）Crss= CGD （1-15）Coss= CDS+ CGD （1-16） 输入电容可近似用输入电容可近似用Ciss代替代替 这些电容都是非线性的这些电容都是非线性的 漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功 率决定了电力率决定了电力MO