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文档简介
1、功率场效应晶体管1第1页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一第三章 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2页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一第三章 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MOSFE
2、T的结构和电气图形符号3第3页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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第4页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 电力场效应晶体管截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压
3、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5第5页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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)10203050400b)1020305040
4、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6第6页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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MOSF
5、ET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)10203050400b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A7第7页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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)RsRGRFRLiDuGSu
6、piD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8第8页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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9第9页,共10页,2022年,5月20日,14点37分,星期一2.3 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
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