第1章 电力半导体器件

第一章电力半导体器件对应电力二极管，由于要求承受高压，与普通的P-N结不同，其内部一个N-层，其杂质浓度很低，电阻率很高，通过它实现很高的耐压能力。IOIFUTOUFU3.比较：1击穿实质不同：一个是通过碰撞产生载流子；一个是通过强电场直接破坏共价键；

2产生条件不同：齐纳击穿要求高杂浓度，雪崩击穿浓度较低；

3.联系：发生齐纳击穿一定产生雪崩击穿；而发生雪崩击穿则未必发生齐纳击穿。热击穿是永久损坏。电击穿发生时，若外电路将反向电流限制在一定范围内，反向电压降低后PN节仍可恢复。若电流未控制住，发生了热击穿，则二极管永久损坏。特点：工艺上多采用掺金措施，结构上多采用PN结型结构。或改进的PIN型结构，但耐压不高。SiliconControlledRectifier图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理

a)双晶体管模型b)工作原理

■晶闸管的工作原理

◆按照晶体管工作原理，可列出如下方程：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。◆晶体管的特性是：在低发射极电流下

是很小的，而当发射极电流建立起来之后，

迅速增大。◆在晶体管阻断状态下，IG=0，而1+2是很小的。由上式可看出，此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管漏电流之和。

◆如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，从而实现器件饱和导通。◆由于外电路负载的限制，IA实际上会维持有限值。

由以上式（2-1）~（2-4）可得(1-3)2晶闸管的基本特性■静态特性

◆正常工作时的特性

☞当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

☞当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

☞晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。☞若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

◆晶闸管的伏安特性

☞正向特性

√当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。

√如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。√随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

√如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，IH称为维持电流。

图1-8晶闸管的伏安特性

IG2>IG1>IG

正向转折电压Ubo正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+☞反向特性

√其伏安特性类似二极管的反向特性。

√晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流通过。

√当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管损坏。

图1-8晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG正向转折电压Ubo正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+晶闸管的基本特性■动态特性◆开通过程

☞由于晶闸管内部的正反馈过程需要时间，再加上外电路电感的限制，晶闸管受到触发后，其阳极电流的增长不可能是瞬时的。☞延迟时间td

(0.5~1.5s)

上升时间tr(0.5~3s)

开通时间tgt=td+tr☞延迟时间随门极电流的增大而减小,上升时间除反映晶闸管本身特性外，还受到外电路电感的严重影响。提高阳极电压,延迟时间和上升时间都可显著缩短。

图2-10晶闸管的开通和关断过程波形阳极电流稳态值的90%100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA阳极电流稳态值的10%◆关断过程

☞由于外电路电感的存在，原处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时，其阳极电流在衰减时必然也是有过渡过程的。

☞反向阻断恢复时间trr

正向阻断恢复时间tgr

关断时间tq=trr+tgr☞关断时间约几百微秒。

☞在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，而不是受门极电流控制而导通。图2-10晶闸管的开通和关断过程波形100%反向恢复电流最大值尖峰电压90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA因此，在实际应用中，应对晶闸管施加足够长的反向电压。晶闸管门极与阴极之间的PN结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。3晶闸管的主要参数■电压定额◆断态重复峰值电压UDRM☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压（见图1-8）。

☞国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。

☞断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。◆反向重复峰值电压URRM

☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压（见图1-9）。

☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压（即反向最大瞬态电压）URSM的90%。☞反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。2.3.3晶闸管的主要参数

◆通态峰值电压UTM☞晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。

◆通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。■电流定额◆通态平均电流IT(AV）

☞国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

☞按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。☞一般取其通态平均电流为按发热效应相等（即有效值相等）的原则来选取晶闸管的电流定额。

2.3.3晶闸管的主要参数◆维持电流IH

☞维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。☞结温越高，则IH越小。

◆擎住电流IL☞擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。

☞约为IH的2~4倍

◆浪涌电流ITSM

☞指结温为额定值时，在工频正弦波半周期期间器件能承受的最大过载电流，而且紧接浪涌后的半周期内应能承受规定的反向电压。■动态参数

◆开通时间tgt和关断时间tq

◆断态电压临界上升率du/dt

☞在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。

☞电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。

◆通态电流临界上升率di/dt

☞在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。

☞如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。1.3.2双向晶闸管a)b)IOUIG=0GT1T2■双向晶闸管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）◆可以认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。◆门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通，在第Ｉ和第III象限有对称的伏安特性。

◆双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。图1-11双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号b)伏安特性

双向晶闸管的触发方式双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式：Ⅰ+触发方式：主极T1为正，T2为负；门极电压G为正（对T2）。特性曲线在第Ⅰ象限。Ⅰ-触发方式：主极T1为正，T2为负；门极电压G为负(对T2)。特性曲线在第Ⅰ象限。Ⅲ+触发方式：主极T1为负，T2为正；门极电压G为正(对T2)。特性曲线在第Ⅲ象限。Ⅲ-触发方式：主极T1为负，T2为正；门极电压G为负(对T2)。特性曲线在第Ⅲ象限。由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中触发灵敏度不相同，以Ⅲ+触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开。常采用的触发方式为Ⅰ+和Ⅲ-

。Ⅰ+触发灵敏度最高。1.3.3光控晶闸管AGKa)AK光强度强弱b)OUIA■光控晶闸管（LightTriggeredThyristor——LTT）

◆是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。

◆由于采用光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，而且可以避免电磁干扰的影响，因此光控晶闸管目前在高压大功率的场合。图1-12光控晶闸管的电气图形符 号和伏安特性

a)电气图形符号b)伏安特性

1.4.1门极可关断晶闸管■晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型器件。

■GTO的结构和工作原理

◆GTO的结构☞是PNPN四层半导体结构。☞是一种多元的功率集成器件，虽然外部同样引出3个电极，但内部则包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。多元集成结构，阴极很小，门、阴极间距很小，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。

图1-13GTO的内部结构和电气图形符号各单元的阴极、门极间隔排列的图形并联单元结构断面示意图电气图形符号

1.4可关断器件◆2GTO的工作原理：导通过程

☞仍然可以用如左所示的双晶体管模型来分析GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的，有同样的正反馈过程。1+2=1是临界导通条件，当1+2>1时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通，当1+2<1时，不能维持饱和导通而关断。GTO在工艺设计上，

2远大于1

，且导通时1+2更接近于1（≈

1.05）。使得GTO导通时饱和程度不深，更接近于临界饱和，从而为门极控制关断提供了有利条件。但是负面影响是导通时管压降增大。GTO工作原理：关断过程GTO关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，则晶体管VT2的基极电流Ib2减小。由于2远大1于，VT2的基极电流Ib2减小时，IC2和IK将大幅度减小。IC2的大幅度减小，又使IC1和将IA

大幅度减小,更进一步衰减VT2的门极电流，如此形成了强烈的正反馈。由于1比较小，VT1饱和程度比较浅，使得VT1很快退出饱和而关断。当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使1+2<1时，器件退出饱和而关断。小结：☞GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的，只不过导通时饱和程度较浅。

☞而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使1+2<1时，器件退出饱和而关断。

☞GTO的多元集成结构使得其比普通晶闸管开通过程更快，承受di/dt的能力增强。

1.4.1门极可关断晶闸管■GTO的动态特性

◆开通过程与普通晶闸管类似。

◆关断过程

☞储存时间ts：

下降时间tf

尾部时间tt☞通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。☞门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，

ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍能保持适当的负电压，则可以缩短尾部时间。图2-15GTO的开通和关断过程电流波形

Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小时间

残存载流子复合所需时间

晶闸管内部的正反馈过程需要时间，再加上外电路电感的限制，1.4.1门极可关断晶闸管■GTO的主要参数◆GTO的许多参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同。

◆最大可关断阳极电流IATO☞用来标称GTO额定电流。

◆电流关断增益off

☞最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM之比。

☞off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。

◆开通时间ton

☞延迟时间与上升时间之和。☞延迟时间一般约1~2s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大。

◆关断时间toff

☞一般指储存时间和下降时间之和，而不包括尾部时间。

☞储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2s。1.4.2电力晶体管■电力晶体管（GiantTransistor——GTR）按英文直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT）

■GTR的结构和工作原理

◆与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。

◆最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好。

◆

GTR的结构

☞

GTR是由三层半导体（分别引出集电极、基极和发射极）形成的两个PN结（集电结和发射结）构成，多采用NPN结构。+表示高掺杂浓度，-表示低掺杂浓度2.4.2电力晶体管☞在应用中，GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流ib之比为

称为GTR的电流放大系数，它反映了基极电流对集电极电流的控制能力。当不考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为☞单管GTR的

值比处理信息用的小功率晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可以有效地增大电流增益。达林顿结构的GTR:

驱动管VT1的输出并联在输出管VT2的集电结,集电级不可能出现正向偏置，因而不可能进入深饱和区,适用于高压GTR。

优点：容易退出饱和而迅速关断，电流增益高，可扩大输出容量。

缺点：导通时管压降较高。这是因为vI管的集电极电位永远高于它的发射极电位．使v2管的集电结不会处于正向偏量状态．输出管V2就不会饱和，从而达林顿GTR的饱和压降较大，增加了导通损耗。(2)开关动态特性第（1）时段，基极GTR处于截止状态。第（2）时段开始，基极端外加正电压，基极电流产生，线路寄生电感限制了基极电流的上升速率。

GTR截止时，N-区载流子很少；同时发射结和集电结都处于反向偏置状态。要使得GTR恢复导通，首先要使得发射结导通（向发射结冲电），

由此导致ic的延迟时间td.由于ic延迟，ic保持为0，所以Uce的值不变。

时段（2）的长度即为延迟时间td。

第（3）时段，发射结导通，压降为标准值0.7v。同时少子电荷（正电荷）从基极通过集电结进入N-区并在N-区积累，电导调制效应使得N-区阻抗逐渐减小,ic逐渐增大，UCE则不断减小。GTR进入线性放大区

由于ic增大，N-区阻抗减小，集电极电位不断减小，第（3）时段末尾，集电结开始正向偏置。在第（4）到第（4）时段末尾，P区和N-区的少子电荷得到很大的积累，远超过维持线性放大区集电极电流所必需的浓度，GTR集－射极间呈现低阻特性。GTR进入临界饱和状态。补充：基极电流为何基本不变，由电路决定。第（5）时段，GTR饱和导通。第（6）时段开始，基极外加电压突然由正变负，之后基极电流逐渐由正变为负。基极电压由正变负，首先抽取基区中的载流子。因此，（6）时段ic基本不变。随着基区中的载流子抽取，N-中的少子减少，ic开始下降，Uce升高，集电结变为反向偏置，退出饱和状态，进入线性放大区，此为第（7）时段；

在第（8）时段，发射结等效电容被反向充电，基－射间反向电压慢慢升高，随后反向偏置，一直到等于外加负电压。第（9）时段开始，GTR进入稳定的截止状态。

（3）基极驱动电流GTR关断电流-IB2的幅值越大越有利于P区少子电荷的排放，从而GTR的关断时间就越快。IB1,-IB2的幅值也不能过大，否则可能因为电流不均而造成热电击穿，GTR集电极电流的正温度系数特性，热电反馈的结果更加剧了这种现象。◆当GTR的集电极电压升高至击穿电压时，集电极电流迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，被称为一次击穿。◆发现一次击穿发生时如不有效地限制电流，Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，同时伴随着电压的陡然下降，这种现象称为二次击穿。(4)二次击穿与安全工作区◆出现一次击穿后，GTR一般不会损坏，二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变，因而对GTR危害极大。二次击穿是在电流突增的同时器件端电压骤然跌落，P-N结特性彻底破坏。二次击穿的持续时间极短，一般为纳秒至微秒的数量级。二次击穿引起的是热损坏，热点的形成需要能量的积累，因此凡是对GTR电压、电流、导通时间有关系的因素:负载性质、脉冲宽度、电路参数、材料、工艺以及基极驱动电路的情况等都会影响二次击穿。a)UCBO,b)UCEO,c)UCES,d)UCER,e)UCEX

◆安全工作区（SafeOperatingArea——SOA）

☞将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成了二次击穿临界线。☞GTR工作时不仅不能超过最高电压UceM，集电极最大电流IcM和最大耗散功率PcM（一次击穿功率），也不能超过二次击穿临界线。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceMPSB:二次击穿功率■GTR的主要参数◆电流放大倍数、直流电流增益hFE、集电极与发射极间漏电流Iceo、集电极和发射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff

◆最高工作电压☞GTR上所加的电压超过规定值时，就会发生击穿。☞击穿电压不仅和晶体管本身的特性有关，还与外电路的接法有关。

☞发射极开路时集电极和基极间的反向击穿电压BUcbo

基极开路时集电极和发射极间的击穿电压BUceo

发射极与基极间用电阻联接或短路联接时集电极和发射极间的击穿电压BUcer和BUces

发射结反向偏置时集电极和发射极间的击穿电压BUcex

且存在以下关系：

☞实际使用GTR时，为了确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。◆集电极最大允许电流IcM☞规定直流电流放大系数hFE下降到规定的1/2~1/3时所对应的Ic。☞实际使用时要留有较大裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。◆集电极最大耗散功率PcM

☞指在最高工作温度下允许的耗散功率。☞产品说明书中在给出PcM时总是同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度。

1.4.3功率场效应晶体管1．基本结构在N+型高掺杂浓度的硅片垫底上外延生长N-高阻漂移区，在区内选择地扩散出P型体区，再在P型体区选择地扩散出N+源区。漏区通过金属铝模由芯片底部引出漏极D，N+源区通过金属铝模从芯片表面引出源极S，在N+源区上先是植入一层薄的SiO2绝缘层，然后形成控制区--栅极G，从芯片表面引出。1．基本结构内部有两个P-N结，一个是漏区与P体区之间的P-N-结，称为漏区P-N-结；另一个是P体区与源区之间的P-N+结，称为源区P-N+结。由于源区和体区总是被金属模短路在一起由源极线引出，因此源区P-N结总是处于零偏置状态。1.工作原理正向截止状态(UGS≤0)下，漏区P-N-结反向偏置，没有电流流过，漏源正电压几乎全部降落在空间电荷区。当栅极施加正电压(UGS≥0)时，由于栅极是绝缘的，并不会有栅极电流流过（稳态时），但在栅极正电压电场的作用下，会将其下面P区的空穴排开，而将P区中的少子（电子）吸引到栅极下面的P区表面。当大于UGS某一电压值UGS(th)时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型反型成N型，该反型层即为沟道，这里为N型沟道。1.工作原理N沟道使得此区域的P-N-结消失，漏极和源极导通，电流从漏极流入，经N区、N-区、N沟道、N+源区，从源极流出，其中称UGS(th)为阈值电压，UGS超过UGS(th)越多，载流子浓度越大，形成的沟道越宽，导电能力越强，漏极电流ID越大。这就是场效应晶体管导电的机理。漏极电流的通路电阻由N-区电阻、沟道电阻、漏极和源极接触电阻共同作用，当电压较大时，N-区电阻起主要作用。由于参与导电的电荷全部是电子，所以功率MOSFET为单极型器件。功率MOSFET由于不会出现电导调制效应，当截止电压大于200-400V时，其通态压降的理论极限值总是大于同等大小的双极型器件，而且其电流承载能力也相对较小。另一方面，因为仅仅由多子承担电荷运输，没有任何少子存储效应，因此，功率MOSFET很容易实现极短的开关时间。但内部寄生电容的充放电影响了其开关速度。因为每平方厘米的芯片面积上的电容约可达0.3uF，在芯片尺寸很大的器件中影响MOSFET的开关速度。这些由物理结构所决定的电容是其最重要的寄生参数，是影响功率MOSFET开关速度的主要因素。2基本特性1）静态特性

则在漏源之间只有一个很小的漏电流IDSS在流动。当UDS增加时，IDSS也略有增加。当VDS超过某一特定的最高允许值（锁定电压U(BR)DSS）时，P-N-结会发生锁定现象，电流剧增。这一锁定电压在物理上大致对应了MOSFET结构中的寄生NPN双极晶体管的击穿电压VCER。2.基本特性（1）静态特性正向截止状态：当外加一个正的漏源电压VDS时，若栅源电压VGS小于栅源开启电压UGS（th），正向导通状态可分为主动区域和电阻性区域。1）主动区域：当栅源电压UGS仅略大于栅极开启电压时，沟道内电流的饱和作用将产生一个可观的压降（输出特性的水平线），此时ID由UDS控制。这个区域称为主动区域（饱和区），主动区域对应于GTR的线性放大区。功率器件只允许在开关状态下工作，所以主动区域仅在开通和关断过程中被经过。一般来说，不允许MOSFET在主动区域内稳定运行，因为UDS(th)随温度的上升而下降，制造偏差易引起温升失衡。正向导通状态可分为主动区域和电阻性区域。2）电阻性区域：在开关状态下，如果ID仅仅由外电路所决定，就处于被称为通态的阻性区域，有时也被称为非饱和区域，对应于GTR的饱和区域。此时的导通特性可以用通态电阻，即漏源电压UDS和漏极电流ID之商来描述。在大信号区域内，

UDS(on)=RDS(on)*ID，RDS(on)

依赖于栅源电压UGS和芯片温度，从25℃到125℃时大约会增加一倍。功率MOSFET的饱和是指：漏源电压增加时漏极电流不再增加，非饱和是指：漏源电压增加时漏极电流相应增加。

b)当沟道受控开通以及Uds为较小负值（单极性电流）沟道关断，二极管开通沟道开通，二极管关断沟道：电子单极性电流；二极管：双极性电流反向运行：功率MOSFET的漏极和源极之间形成了一个与之反向并联的寄生二极管，当漏源电压为负，且UGS小于UGS(th)时，则MOSFET会显示出二极管特性。源漏PN结的导通电压决定了MOSFET在反向时的导通特性。这个双极型反向二极管可以运行到由MOSFET所给定的电流极限。c)当沟道受控开通以及Uds为一较大负值（混合型电流）沟道开通，二极管开通实际中，这个反向二极管会：

1）导致较大的通态损耗，它与MOSFET本身的损耗一起，必须被散发出去。

2）在MOSFET作为硬开关应用时具有较差的关断特性，从而限制它的应用范围。（2）动态过程在分析MOSFET的动态过程时，需要考虑各寄生电容的充放电过程，MOSFET的动态特性与其寄生电容有很多关系。栅源电容CGS：可视为常量；栅漏电容：CGD:

是栅漏电压UGD的非线性函数。稳态时比CGS小很多，随着漏源电压UDS的变化，可比栅源电容CGS大20倍；米勒电容：就是栅漏电容CGD，是一个很重要的参数；输入电容：CISS=CGS+CGD1）开通过程：t0时刻施加栅极正驱动电压,输入电容Ciss（主要是栅源电容）开始充电，栅极电压UGS开始上升。在t1时刻达到开启电压，MOSFET导通。动态过程寄生电容的充放电过程是影响MOSFET开关速度的重要参数。尤其是米勒电容。在t1~t2区间内，功率MOSFET工作在主动区域，漏极电流随栅源电压的增加而增加，漏源电压随着负载电阻上压降的上升而下降，此时漏端耗尽层仍有一定宽度，米勒电容仍较小，它因漏源电压的变化而放电。随着漏端耗尽层宽度的减小，米勒电容增加。1）开通过程：在t2时刻，漏源电压与栅源电压相等，米勒电容的影响开始变得显著。在t2~t3区间内，栅极充电电流流过米勒电容，导致漏源电压的进一步降低。在t3时刻，漏源电压达到由输出特性曲线决定的线性区的末端。在t3~t4区间内，输入电容Ciss被充电直到等于所加的驱动电压，且沟道电阻进一步下降。在t4时刻，MOSFET的通态电阻达到最小值。2）关断过程：在t5时刻，栅极驱动电压关断到零，关断过程开始，输入电容Ciss开始放电。到t6时刻，栅源电压稍稍降低，漏极电流基本不变，通态电阻微微上升。在t6~t7区间，米勒电容放电，此时米勒电容较大，栅源电压基本不变，漏源电压上升。在t7时刻，栅源电压与漏源电压基本相等，从此米勒电容的影响变得不明显。在t7~t8区间，米勒电容充电，漏源电压急剧升高，漏极电流减小，栅源电压也减小到某个低值。在t8时刻，栅源电压小于阈值电压，MOSFET关断。在t8~t9区间内，输入电容放电至与驱动电压相等。安全工作区一般来说，功率MOSFET没有二次击穿问题，其安全工作区由最大漏源电压、最大漏电流、最大功耗及低压部分的导通电阻等限制。功率MOSFET的通态电阻Ron比较大，自身导通功耗也较大，所以安全工作区不仅受最大漏极电流的限制，还要受到通态电阻Ron的限制。通态电阻Ron是选择功率MOSFET时很重要的一个参数，它影响着器件整体功耗。3.主要参数（1）漏源击穿电压BUDS：是指UGS＝0时漏源之间的反向泄漏电流达到某一规定值时的漏源电压。BUDS具有正的温度系数，随温度的上升而上升。（2）开启电压UGS(th)：又称阈值电压。当栅源电压大于开启电压UGS(th)时，功率MOSFET开始导通。开启电压UGS(th)有负的温度系数，UGS(th)随着结温的升高而下降。

(3)极间电容：一般厂家提供的是漏源短路时的输入电容Ciss（Ciss=CGS+CGD）、共源极输出电容Coss（Coss=CDS+CGD）及反向转移电容Crss（Crss=CGD），这些电容都是非线性的。实验证明，功率MOSFET的漏源极电压UDS越高，则极间电容越小，当UDS>25V时，各电容值趋于稳定。为减小这些电容，UDS应大于10V。1.4.4绝缘栅双极型晶体管(IGBT)1.基本结构和工作原理IGBT：结构,N+和N－在一块P型基片上外延生长而成。比MOSFET多一个P+层（引出IGBT的集电极），形成四层结构。

IGBT可等效为由一个MOSFET和一个PNP-NPN晶体管级联而成，由于NPN晶体管的基极和发射极短路，设计时尽可能使NPN不起作用，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管，故IGBT的驱动原理与功率MOSFET基本相同，它是一种场控器件，其开通和关断由栅极和发射极间的电压决定，当UGE为正且大于开启电电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。IGBT导通时，P+区向N+区发射少子，从而对N－漂移区电导率进行调制，N－漂移区的电阻减小，使高耐压的IGBT也具有低的通态压降。

当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。IGBT电流由两部分组成：一是MOSFET的沟道电流i1，另一是PNP晶体管的集电极电流i2。其中i1是IGBT电流的主要部分。当MOSFET沟道消失后，i1消失，晶体管的基极电流被切断，但由于N－漂移区存储的少子没有任何排放回路，只能在N－漂移区内通过再结合而慢慢消失，因此，晶体管的集电极电流i2并不会立即消失，这就导致IGBT的关断时间要远远大于MOSFET的关断时间。2.基本特性(1)静态特性

第一象限分为三个区：正向截止、主动区域和饱和区域第三象限为IGBT的反向特性。2.基本特性(1)静态特性正向截止：当栅极－发射极电压UGE小于栅极－发射极开启电压UGE(th)时，J2结呈反向阻断状态，集电极和发射极端子之间仅存在着一个很小的集电极－发射极参与漏电流ICES。ICES随UCE增加而略微增加。当UCE大于某一最高允许的集电极－发射极电压UCES时，IGBT的PIN结（P体区/N－漂移区/N外延生长层）会出现锁定效应。从物理的角度来说，UCES对应IGBT结构中PNP晶体管的击穿电压UCER

。主动区域：当UCE只是略大于UGE(th)时，由于沟道电流的饱和效应，沟道会出现一个可观的压降（输出特性中的水平线）。此时，集电极电流跟随UGE而变化。对于工作在开关状态的IGBT，这一区域只是在开关过程中被经过，一般不允许在这一区域稳定运行。饱和区域：在这一区域，集电极电流IC仅由外电路决定。IGBT导通时工作在此区域。由于N－漂移区的少子泛滥，电导调制，IGBT的饱和压降明显低于同类型MOSFET的通态压降，耐压1000V的IGBT通态压降