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文档简介
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)10203050400b)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
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10~100ns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。
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